38. Бетонная смесь и ее свойства. Способы определения удобоукладываемость. Факторы, влияющие на удобоукладываемость.

Бетонная смесь представляет собой сложную систему, состоящую из новообразований, образовавшихся при взаимодействии вяжущего с водой, непрореагированных частиц клинкера, заполнителя, воды вводимых сп. добавок и вовлеченного воздуха. Наиболее важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость, то есть способность деформироваться без нарушения целостности. Для описания поведения бетонной смеси в различных условиях используют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Для определения этих свойств применяют вискоземетры. Для полной оценки бетоносмеси и правильной организации производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций необходимо знать и другие свойства смеси: ее уплотняемость, однородность, расслаиваемость, изменение объема в процессе затвердения, воздухововлечение, первоначальную прочность. Особенность бетоносмеси состоит в постоянном изменении ее свойств от начала приготовления до затвердивания. Удобоукладоваемость – способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя ее однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

1 - подвижность бетоносмеси, которая является характеристикой структурной прочности смеси;

2 – жесткость, которая является показателем динамической вязкости бетоносмеси;

3 – связанность, которая характеризует водоотделение бетоносмеси после ее отстаивания.

Факторы: 1(основной) – количество воды затворения;

2 – объем цементного теста;

3 – объем цементного раствора

39. Основной закон прочности бетона. Формулы и графики, выражающие зависимость прочности бетона от главных факторов. Марки, классы прочности. Физический смысл закона прочности бетона. Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой (Rц), качество заполнителя коэффициентом А, а пористость косвенно определяется величиной водо-цементного отношения В/Ц. Зависимость прочности от В/Ц является в сущности зависимостью прочности от объема пор, образованных водой, не вступающей в химическое взаимодействие с цементом. Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при постоянном расходе цемента и способе уплотнения), приведенная на рис.4, характеризует физический смысл закона прочности. Левая ветвь кривой принадлежит недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения, т. е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее, и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном (для данного способа уплотнения) количества воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности.

Для тяжелых бетонов применяется заполнитель с прочностью в 1,5-2 раза больше заданной марки бетона. При большом содержании цементного теста зерна заполнителя раздвинуты на значительные расстояния, они почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому решающее значение будет иметь прочность цементного камня и прочность сцепления его с заполнителем. На практике часто используют зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения по формуле И. Боломея - Б.Г. Скрамтаева (рис. 5).

Для обычных бетонов с Ц/В=1,4-2,5 формула прочности имеет вид: R_б=AR_ц(Ц/B-0,5). При высококачественных заполнителях (щебень из плотных изверженных пород, крупный песок с минимальным содержанием вредных примесей) А=0,65; для рядовых заполнителей А=0,6; при применение заполнителей пониженного качества А=0,55. Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула: R_б=AR_ц(Ц/B+0,5). В этой формуле для высококачественных заполнителей А=0,43, для рядовых А=0,4. Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы. Только параметры А, входящие в формулу прочности, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.

Марки и классы бетона. При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости. За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см²) эталонных образцов-кубов. За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см²) контрольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение. Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций – в возрасте 28 сут, для сборных конструкций – в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями. Прочность бетона определяют путем испытания образцов, которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов. Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопротивления растяжению замедляется в области высокопрочных бетонов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10–1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе – 1/6–1/10. Класс бетона – это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным. Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60. Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации =13,5% следует принять R=В/0,778, например, для класса В5 средняя прочность будет R=6,43 Мпа.

40. Определение состава тяжелого бетона по методу абсолютных объемов (основные положения). Надо найти оптимальное соотношение цемента, песка, воды и заполнителей.Марку цемента выбирают в зависимости от проектной марки бетона по прочности. Чтобы получить бетон с минимальным расходом вяжущего, необходимо выяснить, какое должно быть при этом соотношение R_б/R_ц. Расход цемента Ц (кг/м³) найдем, пользуясь формулой прочности бетона:Ц=(1/А*R_б/R_ц+0,5)*В. Существует следующая зависимость расхода цемента от соотношения R_б/R_ц. Для бетонов низких и средних марок минимальные расходы вяжущего соответствуют: R_б/R_ц = 0,4–0,6 или R_ц  2R_б. Соотношение R_б/R_ц, близкое к 1, допустимо по необходимости для бетонов высоких марок (М500, М600-М800), когда R_б R_ц. Правильное определение состава бетона имеет большое технико–экономическое значение. Для расчета состава бетона устанавливают стандартные характеристики применяемых материалов. Определение состава бетона производят обычно расчетно–экспериментальным методом, который предусматривает предварительный расчет состава по формулам и последующую экспериментальную проверку и уточнение состава с помощью пробного замеса. Расчет сводится к установлению количества цемента, воды затворения, мелкого и крупного заполнителей в кг на 1м уплотненной бетонной смеси исходя из заданных свойств смеси и прочности бетона. 1) Ц/В Количество воды затворения находят в зависимости от заданной жесткости или подвижности бетонной смеси. Вычисляют цементно–водное отношение по формулам: R_б=А* R_ц (Ц/В – 0,5) для обычных бетонов с Ц/В = 1,4–2,5 и R_б=А* R_ц (Ц/В + 0,5) для высокопрочных бетонов с Ц/В>2,5. Далее находят водо-цементное отношение В/Ц=1/(Ц/В). 2) В Расход цемента находят, зная количество воды затворения и водо-цементное отношение: Ц=В/(В/Ц). Если расход цемента на 1м³ бетона окажется меньше допускаемого по нормам, то количество его следует увеличить до требуемой нормы, сохранив прежнее В/Ц. Расход воды при этом пересчитывают, исходя из увеличенного расхода цемента. Минимальный расход вяжущего для бетонных конструкций – 200 кг/ м³, для железобетонных – 220 кг/ м³ и конструкций, работающих в агрессивных средах – 250 кг/ м³. 3) Расход крупного и мелкого заполнителей определяют из следующих положений: а) объем плотно уложенного бетона (принимают в расчете равным 1м³ или 1000л) без учета воздушных пустот слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей и объема цементного теста, заполняющего пустоты между зернами заполнителей. Уравнение, выражающее это положение и называемое уравнением абсолютных объемов, может быть представлено в следующем виде:Ц/_ц+В*П/_п+К/_к=1000. Б) пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены растворной частью с учетом некоторой раздвижки зерен, величина которой определяется коэффициентом раздвижки К_разд: Ц/_ц +П/_п +В=К/_н.к*V_пуст.к*К_разд, где Ц, В, П, К_разд – расходы соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг/м³; _ц , _п , _к – плотности этих материалов; _н.к – насыпная плотность крупного заполнителя; V_пуст.к – относительный объем пустот (пустотность) крупного заполнителя, определяемый по формуле V_пуст.к =1-(_н.к/_к); К_разд – коэффициент раздвижки для жестких бетонных смесей, К_разд =1,05–1,15, в среднем 1,1, для подвижных смесей – по соответствующему графику в зависимости от расхода цемента и В/Ц. Формулы для определения расходов (кг/м³): К=1000/( V_пуст* К_разд/_н.к+1/_к) и песка П=[1000 – Ц/_ц – В – К/_к]* _п. Таким образом получен расчетный состав бетона в виде расхода (кг/м³) компонентов: Ц, В, П, К. Он может быть выражен в относительных единицах (по отношению к массе цемента): 1: В/Ц: П/Ц: К/Ц. Состав бетона проверяют и уточняют путем пробного замеса бетонной смеси, приготовляемой из производственных материалов.

41. Основные технологические операции при производстве бетонных изделий. Понятие о железобетоне. Изготовление сборных или монолитных железобетонных конструкций включает следующие основные операции: армирование, приготовление бетонной смеси, укладка бетонной смеси и ее уплотнение, твердение. 1) Армирование железобетонных конструкций осуществляют отдельными стержнями, сетками, пространственными каркасами, проволокой. Стержневую горячекатаную арматуру изготовляют гладкой (класса А-I) или периодического профиля (классов А-II, A-III, A-IV и A-V). Лучшими характеристиками обладает горячекатаная арматура периодического профиля классов Ат-IV, Ат-V и Ат-VI, подвергнутая термическому упрочнению. 2)Приготовление бетонной смеси. Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесительных цехах предприятий сборного железобетона или на автоматизированных бетонных заводах. Приготовление бетонной смеси должно обеспечить получение однородной массы. Оно состоит из точного дозирования и смешивания исходных материалов. Составляющие материала дозируют по массе. Применяют дозаторы с автоматическим и ручным управлением. Для получения подвижных бетонных смесей применяют гравитационные бетоносмесители, работающие по принципу свободного падения перемешиваемого материала. Жесткие бетонные смеси лучше перемешивать в смесителях принудительного действия. В этих смесителях бетонная смесь принудительно перемешивается в смесительной чаше или барабане при помощи смешивающих устройств: лопастей, лопаток, гребков и др. 3)Формирование и уплотнение бетонной смеси. В результате уплотнения бетонная смесь заполняет форму или опалубку, причем уплотненная бетонная смесь должна иметь однородное строение и минимальный объем воздушных пустот. Для получения плотного бетона необходимо, чтобы удобоукладываемость бетонной смеси соответствовала принятому способу и интенсивности уплотнения. Основным способом уплотнения бетонных смесей является вибрирование. Плотность укладки бетонной смеси контролируют по величине коэффициента уплотнения. 4)Твердение бетона. Различают естественное и искуственное твердение бетона. Естественное твердение можно ускорить, применяя быстротвердеющие цементы, жесткие бетонные смеси, добавки-ускорители твердения. Искуственное твердение – так называемая температурно-влажностная обработка, применяемая в заводских условиях. Широко применяют методы тепловой обработки бетона, которые дают возможность повысить температуру бетона при обязательном сохранении его влажности. Помимо этого применяют: а) пропаривание при нормальном давлении; б) электропрогрев; в) электроразогрев; г) обработку лучистой энергией. Железобетон – это композиционный строительный материал, в котором соединены в единое целое бетон (матрица) и стальная арматура.

42. Легкие бетоны на пористых заполнителях : виды заполнителей, структура, свойства, эффективность применения. Для легкого бетона используют быстротвердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцемент. Применяют в основном неорганические пористые заполнители. Для теплоизоляционных и некоторых видов конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов используют и органические заполнители, приготовленные из древесины, стеблей хлопчатника, костры, гранулы пенополистирола и др. Неорганические пористые заполнители отличаются большим разнообразием, их разделяют на природные и искусственные. Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и рассева горных пород (пемзы, вулканического туфа и др.). Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности. Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250–800 кг/м³. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия, а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия. Шлаковую пемзу изготовляют путем быстрого охлаждения расплава металлургических шлаков, приводящего к вспучиванию. Куски шлаковой пемзы дробят и рассеивают. Гранулированный металлургический шлак получают в виде крупного песка с пористыми зернами размером 5-7 мм, иногда до 10 мм. Вспученный перлит изготовляют путем обжига водосодержащих вулканических стеклообразных пород (перлитов). При температуре 950-1200°С вода выделяется и перлит увеличивается в объеме 10-20 раз. Вспученный вермикулит – пористый сыпучий материал, полученный путем обжига водосодержащих слюд. Топливные отходы образуются в качестве побочного продукта при сжигании антрацита, каменного угля, бурого угля и других видов твердого топлива. Топливные шлаки – пористые кусковые материалы, получающиеся в топке в результате спекания и вспучивания неорганических примесей, содержащихся в угле. Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья на решетках агломерационных машин. Шунгизит изготовляют обжигом шунгитовых сланцевых пород. Пористые заполнители, так же как и плотные, делят на крупные (пористый гравий или щебень) с размером кусков 5-40 мм и мелкие (пористый песок), состоящие из частиц менее 5 мм. Структура: Гранула заполнителя обволакиваются раствором. К легким бетонам могут попасть ячеистые бетоны с ρ_m=500–900кг/м³. Это конструкционно-теплоизоляционные бетоны. В ячеистых бетонах нет заполнителей, а структурирующую роль заполнителей играют равномерно распределенные сферические воздушные поры (0,5 – 2 мм).

Свойства легкого бетона. Качество легкого бетона оценивают двумя важнейшими показателями: классом по прочно сти и маркой по средней плотности. Наиболее важной наряду с прочностью характеристикой легкого бетона является плотность. В зависимости от назначения легкие бетоны делят на следующие группы: теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные, конструкционные. Мелкие и равномерно распределенные поры в цементном камне незначительно понижают прочность, но зато существенно уменьшают плотность и теплопроводность легкого бетона. Теплопроводность легких бетонов зависит в основном от плотности и влажности. В зависимости от теплопроводности легкого бетона толщина наружной стены может изменяться от 20 до 40 см. Наружные ограждающие конструкции из легких бетонов подвергаются воздействию попеременного замораживания и оттаивания, увлажнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяемые для наружных стен, покрытий здании, а также для конструкций мостов, гидротехнических сооружений, должны обладать определенной морозостой­костью. По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25... F500; по водонепроницаемости WO,2...W1,2. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве. Водонепроницаемость плотных конструкционных легких бетонов может быть высокой. Малая водопроницаемость плотных легких бетонов подтверждается долголетней эксплуатацией возведенных из них гидротехнических сооружений. Эффективность применения: конструкции из легких бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из легкого бетона в 1,3 – 2 раза легче стен из железобетонных слоистых и керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные капиталовложения в строительство заводов легкого бетона на 30 – 40% меньше, чем в строительство предприятий, выпускающих аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым заполнителем.

43. Ячеистые бетоны: виды, сырьевые материалы, общие сведения о производстве, эффективность применения. Ячеистый бетон является разновидностью легкого бетона, его получают в результате затвердевания вспученной при помощи порообразователя смеси вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеистая» структура бетона с равномерно распределенными по объему воздушными порами. Благодаря этому ячеистый бетон имеет небольшую объемную массу и малую теплопроводность. Ячеистые бетоны делят на три группы теплоизоляционные объемной массой в высушенном состоянии не более 500 кг/м³; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций) объемной массой 500 – 900 кг/м³; конструкционные (для железобетона) объемной массой 900 – 1200 кг/м³. Материалы для ячеистого бетона. Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликаты) автоклавного твердения изготовляют, применяя молотую негашеную известь. Вяжущее применяют совместно с кремнеземистым компонентом, содержащим двуокись кремния. Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый песок и молотый гранулированный доменный шлак) уменьшает расход вяжущего, усадку бетона и повышает качество ячеистого бетона. Вспучивание теста вяжущего может осуществляться двумя способами: 1) химическим, когда в тесто вяжущего вводят газообразующую добавку и в смеси происходят химические реакции, сопровождающиеся выделением газа; 2) механическим, заключающимся в том, что тесто вяжущего смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной. В зависимости от способа изготовления ячеистые бетоны делят на газобетон и пенобетон. Разновидности ячеистого бетона. Газобетон и газосиликат. Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. По типу химических реакций газообразователи делят на следующие виды: вступающие в химическое взаимодействие с вяжущим или продуктами его гидратации (алюминиевая пудра); разлагающиеся с выделением газа (пергидроль Н₂О₂). Пенобетон и пеносиликат. Пенобетон приготовляют, смешивая раздельно приготовленные растворную смесь и пену, образующую воздушные ячейки. Растворную смесь получают из вяжущего (цемента или воздушной извести) кремнеземистого компонента и воды, как и в технологии газобетона. Основы технологии: 1) Литьевая технология предусматривает отливку изделий, как правило, в отдельных формах из текучих смесей, содержащих до 50 – 60% воды от массы сухих компонентов. При изготовлении газобетона применяемые материалы – вяжущее, песчаный шлам и вода, дозируют и подают в самоходный газобетоносмеситель, в котором их перемешивают 4 – 5 мин; затем в приготовленную смесь вливают водную суспензию алюминиевой пудры и после последующего перемешивания теста с алюминиевой пудрой газобетонную смесь заливают в металлические формы на определенную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были заполнены доверху. 2) Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучивания в форме смесь подвергают вибрации. В смеси, подвергающейся вибрированию, ускоряется газовыделение – вспучивание заканчивается в течение 5 – 7 мин вместо 15 – 20 мин при литьевой технологии. 3) Резательная технология изготовления изделий из ячеистого бетона предусматривает формование вначале большого массива (объемом 10 – 12 м³, высотой до 2 м). Таким путем получают большие стеновые панели разметом на одну или две комнаты и высотой на этаж. Эффективность применения: конструкции из ячеистых бетонов отличаются высокими технико-экономическими показателями. Стены из ячеистого бетона в 1,3 – 2 раза легче стен из железобетонных слоистых и керамзитобетонных панелей, стоимость их также меньше. Удельные капиталовложения в строительство заводов ячеистого бетона на 30 – 40% меньше, чем в строительство предприятий, выпускающих аналогичные конструкции из тяжелого и легкого бетона с пористым заполнителем.