ЛЕКЦИЯ № 8

бетонов

Материалы для изготовления бетонов, требования к ним

сухие строительные смеси

Бетон на неорганических вяжущих веществах — искусственный каменный

строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего вещества, заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки

Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

Разновидностей бетона великое множество, поэтому для удобства его классифицируют по различным показателям: по виду вяжущего вещества, назначению, плотности.

От правильного подбора состава смеси бетона, соблюдения технологии производства, расчета параметров (водонепроницаемость, морозостойкость (число циклов замораживания, плотность)) будут зависеть его качественные характеристики.

Вяжущее вещество определяет свойства бетонной смеси.
По виду вяжущего выделяют бетоны:
1) цементные (наиболее распространенные),
2) силикатные (на известково-кремнеземистом вяжущем),
3) на гипсовом вяжущем,
4) на смешанных вяжущих (цементно-известковых, известково-шлаковых и т. п.),
5) на специальных вяжущих (неорганических и органических), применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.).

извести (редкий тип смеси).

Бетон гипсовый: основа — гипс, они применимы

для отделочных работ, создания внутренних перегородок, подвесных потолков; имеет несколько разновидностей (гипсоцементные — пуццолановые), важных для создания конструкций небольших зданий.

Бетон цементный изготавливают на основе цементного состава (составов), широко применим в строительной отрасли. Так, повсеместно используют портландцемент и его разновидности, бетонные смеси на шлакопортландцементе и пуццолановом цементе, декоративный (на основе белых и цветных цементах), бетонные смеси на основе напрягающего, безусадочного и глиноземистого цементов.

Бетон полимерцементный отличается смешанной связующей основой, которая состоит непосредственно из цемента, водорастворимых смол и латексов.

Бетон шлакоблочный создают при помощи щелочных растворов и молотых шлаков; применим в строительстве не так давно.

Специальный бетон изготавливают при помощи специальных вяжущих веществ. Для жаростойкого и кислотоупорного бетона применимо жидкое стекло, а в качестве вяжущих веществ используют шлаковые, стеклощелочные и нефелиновые вещества, которые получают в процессе переработки определенных отходов промышленности.

на пористых заполнителях,
3) на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям

(защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т. п.).

В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8-15%, а заполнителей — 80-85% (по массе).

Поэтому в виде заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (например, дроблёные и гранулированные металлургические шлаки), характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем издержек производства.

следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в

бетоне.
 
Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях.

В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности. На рисунке показаны основные типы структур.
 

гранит, диабез, доломит, известняк и пр.). Плотность — главный фактор,

который отвечает за водонепроницаемость, морозостойкость устойчивость бетонных элементов к сжатию.

В зависимости от объемной массы (плотности) различают бетоны:

1) особо тяжелые — плотностью более 2500 кг/м3, изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа, на стальных стружках, опилках, железной руде, и др.); эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;

2) тяжелые — плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных (гранит, диабаз) пород; применяют во всех несущих конструкциях;

3) облегченные — плотностью 1800-2200 кг/м3; их применяют преимущественно в несущих конструкциях;

4) легкие — плотностью 500-1800 кг/м3; к ним относятся:
а) легкие бетоны на пористых природных и искусственных заполнителях (на пемзе, керамзите, туфе и прочих пористых заполнителях);
б) ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя;
в) крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом крупном заполнителе без мелкого заполнителя;

5) особо легкие (ячеистые и на пористых заполнителях) — плотностью менее 500 кг/м3, используемые в качестве теплоизоляции.

строительства.

Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат

на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, полная механизация и автоматизация приготовления бетона и производства сборных конструкций.

Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет формовать изделия оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.

Бетон долговечен и огнестоек, его объемную массу, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами.

растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие.
Этот

недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура.

Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого

В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой индустриального строительства.

заполнителя. Он придает раствору дополнительную вязкость, в застывшей конструкции –

прочность.

Песок делится на различные фракции, для приготовления бетона подходят песчинки диаметром до 5 мм, однако лучше применять более мелкие частички (до 2,5 мм).
Перед тем как добавлять песок в раствор его рекомендуется промывать с целью удаления примесей (например, гипса, сульфатов, пыли и т.д.), которые могут оказать негативное влияние на качество конечного продукта. Процентное содержание песка в бетоне достаточно велико, так что его качество нуждается в тщательном контроле.

Щебень – кусочки горной породы, шлаков или кирпичного боя получаемые в результате их дробления искусственным путем.
Гравий – кусочки, получаемые в результате воздействия природных явлений – ветра, дождя. Чаще всего применяется гранитный щебень, что обусловлено его хорошими эксплуатационными характеристиками и повсеместным распространением. Так же применяется щебень известковый, доломитовый и др.

Вода – один из ключевых компонентов в бетонном растворе.
Качеству ее предъявляются повышенные требования, так как для получения качественного бетона необходимо, чтобы вода была чистой без каких бы то ни было включений и примесей, которые могут нарушить течение химических реакций в растворе, чем усугубят свойства готового бетона.
Обычно используется питьевая вода, которая прошла отчистку от вредных примесей. Технология производства бетона допускает применение технической воды, однако, лишь после проведения химических анализов на содержание вредных веществ.
Что касается ее количества, то определить его возможно лишь в процессе приготовления бетонного раствора. Все дело в том, что влажность исходных компонентов может быть совершенно различной и соответственно будет отличаться и количество необходимой дополнительной влаги.

железобетона или на центральных автоматизированных бетонных заводах.

Приготовление бетонной смеси должно

обеспечить получение однородной массы.
Оно состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов.
Составляющие материалы дозируют по массе (исключение допускается для воды).
Применяют дозаторы с автоматическим и ручным управлением — последние для малых бетоносмесительных установок.

В автоматических дозаторах с центрального пульта управления осуществляется установка аппаратуры на тре­буемую массу. Допускаются отклонения при дозировании цемента и воды ±1%, для заполнителей — ±2% (по массе).

смешиванием.

Для получения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по

принципу свободного падения перемешиваемого материала.
При вращении барабана смесителя (рис. 85) внутренние лопасти захватывают бетонную смесь, поднимают ее, затем бетонная смесь свободно падает с некоторой высоты и при этом перемешивается.

Время перемешивания, необходимое для получения однородной бетонной смеси, зависит от емкости барабана и жесткости смеси и составляет: для смесителей емкостью до 500 дм3— 1-1,5 мин; емкостью 1200 дм3 — около 2 мин и емкостью 2400 дм3 — около 3 мин.

схема конусного барабана;
1 – корпус;
2 – обечайка;
3 и

4 – лопасти;
5 – стрелки показывают перемещение бетонной смеси

действия.
В этих смесителях бетонная смесь принудительно перемешивается в смесительной чаше

или в барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и т. п.

Широко применяют два типа бетоносмесителей с принудительным перемешиванием:
- 1) противоточные с горизонтальной чашей, вращающейся в направлении, противоположном вращению смешивающих устройств, размещенных в горизонтальной плоскости (рис. 2); перемешанная смесь выгружается через люк в днище чаши;
- 2) роторные турбинного типа с горизонтальной неподвижной чашей и вращающимся в центре ротором, на котором насажены смешивающие устройства, расположенные в горизонтальной плоскости.

По ней устанавливается класс бетона.

Согласно СНиП «Бетонные

и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа).
Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа.
Класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток.

Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см².
ГОСТ «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %:

бетона. Бетон — основа конструкции современных зданий.
Он должен обладать

отменными прочностными характеристиками (класс прочности: растяжение и сжатие).

По уровню прочности бетона выделяют марки М (М50-М1000), по уровню морозоустойчивости — марка F (F 50-F1000), по уровню водонепроницаемости — марка W (W2-W20).

Морозостойкость — обозначается латинской букой «F» и цифрами 50-1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон.

Водонепроницаемость — обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 20, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки.

Огнестойкость. Бетон - это материал с высокой огнестойкостью и низкой теплопроводностью. Он особенно подходит для защиты стальных конструкций, поскольку его коэффициент теплового расширения (около 0,00001 на 1° C для обычных смесей) почти такой же, как и у стали.

сверхжесткие (жесткость более 50 секунд);
жесткие (жесткость от 5 до

50 секунд);
подвижные (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).
ГОСТ устанавливает следующие обозначения бетонных смесей по удобоукладываемости:

Показатель удобоукладываемости имеет решающее значение при бетонировании с помощью бетононасоса. Для прокачки насосом используют смеси с показателем не ниже П4.

линейка; 3 – металлическая линейка; 4 - конус-форма

после вибрации;
1 - вибростол; 2 - стальной цилиндр; 3

– бетонная смесь;
4 – перфорированный диск; 5 - втулка; 6 - штанга; 7 - штатив.

совместно работающих в конструкции.
Слово «арматура» - итальянское слово и

в переводе на русский означает «вооружение»
Термин «железобетон» нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий.
Так как прочность бетона на растяжение невелика, то бетонные конструкции при изгибе разрушаются при очень малой нагрузке.
Прочность же стального стержня на растяжение в 100 - 200 раз выше, чем у бетона. Значит, если заставить оба материала (бетон и сталь) работать как одно целое,
т. е. добиться одинаковой прочности в зоне сжатия и в зоне растяжения изгибаемой бетонной конструкции, то можно в несколько раз повысить прочность сооружения на изгиб.

Монолитные железобетонные конструкции возводят непосредственно на том месте, где, согласно

проекту, они должны быть установлены; при их возведении затрачивается большое количество ручного труда и материалов на изготовление опалубки, подмостей и т.д.

Сборные железобетонные конструкции во многих случаях значительно экономичнее монолитных, так как их изготовляют на специализированных заводах и полигонах с рационально организованным высокомеханизированным технологическим процессом производства

изделия для жилых и гражданских зданий, изделия для промышленных зданий,

изделия для инженерных сооружений и изделия различного назначения.

Основное направление промышленности сборного железобетона - производство унифицированных конструкций и деталей для жилищного и промышленного строительства.

Из сборного железобетона изготовляют все части здания: фундаменты, степы подпалов, наружные и внутренние стены, элементы каркаса и покрытий, междуэтажные перекрытия, лестницы и др.

бесцементный бетон автоклавного твердения, получаемый на основе известкового вяжущего (известково-песчаного,

известково-шлакового и т. п.). Относится к группе тяжелых бетонов, заполнителями служат кварцевые пески. Обладает хорошим сцеплением с арматурой и защищает ее от коррозии. Применяется для изготовления сборных железобетонных элементов зданий. В неблагоприятных условиях эксплуатации (усиленное воздействие атмосферных осадков, большие динамические нагрузки и т. п.) применение ограничивается.
Ячеистый бетон, преимущественно автоклавного твердения, содержит в своем строении искусственно созданные поры. Приготовляется смешиванием цементного или известкового вяжущего с водой и пеной (пенобетон, пенозолобетон и т. и.) или введением в раствор газообразователя — алюминиевой пудры (газобетон) и др. Заполнителями служат мелкие (молотые) кварцевые пески. Ячеистый бетон менее плотный, чем обычный, и поэтому заключенная в нем арматура нуждается в специальной защите от коррозии покрытием цементно-водной смесью или цементно-битумной мастикой. Обладает относительно малой средней плотностью (600—1200 кг/м3). Применяется преимущественно для изготовления сборных элементов ограждающих конструкций промышленных и гражданских зданий.

Жаростойкий бетон используется для эксплуатации в условиях высокой температуры (выше 200°С). В зависимости от степени нагрева в качестве вяжущих применяют: глиноземистый цемент, портландцемент с добавками, жидкое стекло (водный раствор силиката натрия с добавлением молотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия). В качестве жаростойких заполнителей применяют: хромит, шамот, кирпичный бой, шлак, базальт, диабаз и т. п. Применяется в конструкциях туннельных печей, тепловых агрегатов, фундаментов доменных печей и т. п.
Крупнопористый бетон без мелких заполнителей применяют в географических районах, где нет природного песка, но есть материалы для крупного заполнителя. Структура характеризуется большим числом крупных пор, что приводит к уменьшению плотности и снижению теплопроводности. Применяется только для блочных или монолитных стен зданий.

Кислотостойкий бетон — стойкий в условиях агрессивной среды (водной, содержащей кислоты, и паровоздушной, содержащей пары кислот). В зависимости от степени концентрации кислот в качестве вяжущих применяют пуццолановый портландцемент, шлаковый портландцемент, жидкое стекло. Применяется для конструкций подземных сооружений, покрытий некоторых цехов химической промышленности, цветной металлургии и т. п.
Полимербетон. В качестве вяжущего применяют полимерные материалы (различные эмульсии, смолы и т. п.), существенно повышающие прочность на сжатие и растяжение, улучшающие сцепление с арматурой, значительно повышающие стойкость в агрессивных средах. Несущие конструкции на основе армополимербетона получают применение в объектах химической, электрометаллургической, пищевой и других отраслях промышленности. Бетонные и железобетонные элементы, изготовленные на цементном вяжущем, а затем подвергнутые последующей пропитке полимерными материалами по специально разработанной технологии (бетонополимеры), также приобретают существенно улучшенные физико-механические свойства. Они находят применение в некоторых областях строительства — при изготовлении напорных труб, дорожных плит, колонн, ригелей и др.