Тема 1

БЕТОНЫ

Бетон

• Искусственный каменный материал, полученный путём затвердевания рационально подобранной и тщательно перемешанной смеси, состоящей из вяжущего, заполнителя и необходимого количества добавок .

Бетонная смесь

• Это пластично-вязкая масса из этих же компонентов до затвердевания.

Классификация бетона

1. По плотности:

   • Особо тяжёлые ρ0 ≥ 2500кг/м3

   • Тяжёлые ρ0 = 1800 - 2500кг/м3

   • Лёгкие ρ0 = 500 - 1800кг/м3

   • Особо лёгкие ρ0 ≤ 500кг/м3

2. По виду вяжущего:

- Цементные, силикатные, гипсовые.

3. По крупности заполнителя:

- крупнозернистый с крупностью заполнителя > 10 мм;

- мелкозернистый <10мм

По структуре

• Плотная структура на тяжёлом и лёгком заполнителе;

• Ячеистая;

• Крупнопористая.

Тяжёлый бетон

Предназначен для изготовления конструктивных элементов зданий и сооружений (колонн, фундаментов, перекрытий

Требования к сырьевым материалам

• Вяжущее – портландцемент и его разновидности;

• Марка цемента должна быть больше марки бетона в 1,5 – 2 раза.

• Вода -

должна содержать < 2,7г/л сульфатов и < 5г/л всех солей;

- должна быть не кислой, водородный показатель pH > 4;

- нельзя использовать сточные и болотные воды.

Мелкий заполнитель - песок

• Сыпучий материал крупностью 0,16 – 5мм;

• По происхождению – речной, морской, овражный;

• По минеральному составу – кварцевый, полевошпатный и т.д.

Характеристика песка:

• ρ = 2,5 – 2,6 г/см3, ρ0 = 1500 – 1550кг/м3;

• Пустотность должна быть меньше 38%;

• Модуль крупности Мк = 2 – 3,25

Вредные примеси в песке:

• Глинистых, илистых, пылевидных частиц должно быть < 3%;

• Слюды < 0,5%;

• Сульфатов < 1%;

• Содержание органических примесей определяется калориметрическим методом.

Крупный заполнитель – щебень и гравий

• Щебень – остроугольной формы;

• Гравий – округлой формы;

• Крупность 5 – 120мм (рядовой);

• Фракционированный:

  • 5 – 10мм; 10 – 20мм; 20 – 40мм;

  • 40 – 80мм; 80 – 120мм.

Наибольшая крупность заполнителя зависит от:

• Толщины изделий (< 1/3);

• Просвета между арматурой (< 3/4).

Свойства крупного заполнителя

• Пустотность крупного заполнителя < 45%;

• Форма заполнителя должна приближаться к кубовидной;

• Содержание пластинчатых и игловатых частиц < 35%;

• Прочность заполнителя оценивают по величине дробимости и предела прочности при сжатии;

• Марки по дробимости:

  • Др 8 (потери по массе < 8%) для класса бетона < В22,5;

  • Др 12 (9-12%) – В25;

  • Др16 (13-16%) - В30.

• Марки по прочности: М200 – М1400

Прочность заполнителя

• Должна быть больше марки бетона:

  • для марок бетона < 300 - в 1,5 раза;

  • для марок бетона ≥ 300 – в 2 раза.

Вредные примеси в крупном заполнителе:

• Содержание илистых, глинистых и пылевидных частиц < 1%;

• Ограничивается содержание органических примесей

Свойства бетонной смеси

• Удобоукладываемость – способность бетонной смеси легко с минимальными затратами энергии укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь.

Характеризуется подвижностью и жёсткостью.

Подвижность -способность бетонной смеси растекаться под действием собственной силы тяжести.

Жёсткость – способность бетонной смеси растекаться под действием вибрации.

Классификация бетонной смеси

Марка	Жёсткость, с	Подвижность, см
Ж-4	31 и более	-
Ж-3	21 - 30	-
Ж-2	11 - 20	-
Ж-1	5 - 10	-
П-1	1 - 4	4 и менее
П-2	-	5 – 9
П-3	-	10 – 15
П-4	-	16 и более

Факторы, влияющие на подвижность бетонной смеси

• Расход воды

• Вид вяжущего

• Крупность заполнителя

• Форма заполнителя

• Наличие пластифицирующих добавок

Связность

способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т.е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения

Свойства бетона

Прочность характеризуется маркой, которая устанавливается по пределу прочности при сжатии образцов-кубов размером 15х15х15см в возрасте 28 суток нормального твердения.

Марки бетона

• М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М550, М600,, М700, М800, М900, М1000.

Класс бетона

• Это гарантированный предел прочности при сжатии, измеренный в МПа, с обеспеченностью 0,95.

Обозначение классов бетона

• В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15, В20, В25, В30, В32,5, В40, В45, В50, В55, В60, В70, В80.

Факторы, влияющие на прочность бетона

• Марка цемента

• Качество заполнителей

• Цементно-водное соотношение.

R б= ARц (Ц/В – 0,5) для марок < 300

R б= A1Rц (Ц/В + 0,5) для марок ≥ 300

Водопроницаемость бетона

• Можно повысить, используя уплотняющие добавки (расширяющиеся цементы)

• Марки по водонепроницаемости:

W2, W4, W6, W8, W12.

Морозостойкость

• Можно повысить, применяя жёсткие смеси и пластифицирующие добавки.

• Марки по морозостойкости: F25, F35, F50, F75, F100……F1000

Теплопроводность

• Составляет 1,2 – 1,5 Вт/м∙К

• Использование тяжёлого бетона в ограждающих конструкциях неэффективно.

Приготовление бетонной смеси

• Дозировка компонентов

• Перемешивание бетонной смеси

• Транспортировка бетонной смеси

• Укладка и уплотнение бетонной смеси

• Твердение бетонной смеси

Дозировка компонентов бетонной смеси

• Погрешность при дозировке:

  • Вяжущего, добавок, воды - ± 1%;

  • Заполнителей - ± 2%.

Перемешивание бетонной смеси

• Время перемешивания зависит от:

  • Подвижности бетонной смеси;

  • Крупности заполнителя.

• Гравитационный бетоносмеситель

Формование бетонной смеси

• Подготовка форм – чистка и смазка;

• Армирование

Твердение бетонной смеси

• В летнее время закрывают открытые поверхности бетона (влажные опилки, гидроизоляционные материалы)

В зимнее время используют:

• Противоморозные добавки

• Метод электропрогрева

• Метод «паровой рубашки»

• Метод «термоса»

Виды тяжёлого бетона

• Гидротехнический

• Дорожный

• Декоративный

• Мелкозернистый

• Жаростойкий

• Кислотоупорный

• Особотяжёлый

• Фибробетон

Гидротехнический бетон

• Вяжущее: сульфатостойкий п/ц и портландцементы с АМД (ШПЦ,ППЦ).

• Наличие пластифицирующих добавок

• Прочность М100-М400

• Морозостойкость F100-F400

Дорожный бетон

• Вяжущее – пластифицированный и гидрофобный п/ц;

• Заполнители – песок и щебень из плотных горных пород (гранит, габбро);

• Свойства:

  • Rизг = 4 – 5,5МПа,

  • Классы В25, - В40;

  • Морозостойкость F150, F200.

Применение дорожного бетона

• Для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах.

Декоративные бетоны

• Вяжущее: белый и цветной цементы;

• Пигменты – щёлочестойкие;

• Заполнители – из цветных горных пород.

• Свойства:

  • Класс > В10,

  • Морозостойкость > F50.

Мелкозернистый бетон

• Крупность заполнителя менее 10мм;

• Отличается от обычного бетона большим содержанием цементного камня и усадкой;

• Применяется для изготовления тонкостенных, в том числе армоцементных конструкций.

Применение мелкозернистого декоративного бетона

• Малые архитектурные формы;

• Тротуарные плитки;

• Декоративные плиты;

• Лестничные марши;

• Ограждающие конструкции жилых и общественных зданий;

• Элементы фасадов.

«Дикий камень»

фасадная и цокольная плитка, изготовленная из мелкозернистого бетона. Имитирует фактуру природного камня.

Свойства:

• Rсж > 250 кгс/см2

• Морозостойкость F200

Брусчатка

Свойства:

• Rсж > 400 кгс/см2

• Морозостойкость F200

• Истирание И=0,7 – 0,9 г/см2

Жаростойкие бетоны

• Классификация:

  • Высокоогнеупорные > 1770°С;

  • Огнеупорные -1580-1770°С;

  • Жароупорные - < 1580°С.

• Вяжущее: глинозёмистый цемент, жидкое стекло, вяжущее фосфатного твердения.

• Заполнитель: базальт, диабаз, керамический бой.

• Свойства:

  • В7,5 – В20

Применение жаростойкого бетона

• Футеровка промышленных сушил и печей, устройство дымовых труб.

Особо тяжёлые бетоны

• Заполнитель: магнетит, лимонит, барит, металлический скрап, чугунная дробь.

• Средняя плотность ρ0 =4000 – 5000кг/м3

Применение особо тяжёлого бетона

• Защита обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений.

Фибробетон

• Получают за счёт армирования тяжёлого бетона дисперсными металлическими (фибрами) и неметаллическими волокнами.

Фибра – тонкая проволока диаметром 0,1 – 0,5мм, длиной 10-40мм (1-2,5% объёма бетона)

• Волокна стеклянные щёлочестойкие диаметром 0,01 -0,1мм (1-4%).

Волокна базальтовые, асбестовые, синтетические.

• Введение волокон и фибры повышает прочность бетона на растяжение (на 15-25%), сопротивление удару, износостойкость.

Применение фибробетона

• Для изготовления ж/б труб, плит проезжей части дорог и мостов, выполнения монолитных дорожных и аэродромных покрытий, полов промышленных зданий.

Топпинговый пол это бетонный пол с упрочнённым верхним слоем, изготовленный с применением сухих упрочняющих составов и специальной бетоноотделочной техники.

Финишное покрытие топпингового пола – это сухая упрочняющая смесь, состоящая:

• Гидравлические вяжущие;

• Заполнитель: кварцевый песок, металлические добавки или корунд.

Нанесение упрочняющей смеси

сухая топпинговая смесь рассыпается на поверхность свежеуложенного бетона и затирается бетоноотделочной машины. После затвердевания бетона наносится лак (силер).

Преимущества упрочнённого бетонного пола

• Высокая износостойкость;

• Отсутствие пылеобразования;

• Устойчивость к воздействию масел и нефтепродуктов;

• Получение готового покрытия за один рабочий цикл;

• Широкая цветовая гамма.

Применение упрочнённых полов:

• Складские помещения;

• Цеха заводов и фабрик;

• Гаражи, стоянки автомобилей;

• Холодильные камеры;

• Торгово-выставочные залы;

• Магазины и павильоны.

Litracon - светопроводящий бетон

• Уникальный материал XXI века  – прозрачный бетон. Достигается этот эффект добавлением в мелкозернистый бетон оптических волокон. Из-за небольшого размера волокон (от 2мкм до 2 мм в диаметре), они сливаются с бетоном, становясь компонентом материала.

Лёгкие бетоны

• Бетоны со средней плотностью ρ0<1800кг/м3;

• Виды лёгкого бетона

  • Лёгкий бетон на пористых заполнителях;

  • Ячеистый бетон.

Классификация лёгких бетонов

По назначению:

• Конструкционные ρ0=1400-1800кг/м3

(армированные панели В7,5-В35)

• Конструкционно –теплоизоляционные ρ0= 500-1400 кг/м3 (стеновые камни и блоки В3)

• Теплоизоляционные ρ0 < 500 кг/м3 (плиты для теплоизоляции)

По структуре:

• Плотные бетоны;

• Ячеистые бетоны;

• Крупнопористые бетоны (отсутствует мелкий заполнитель)

Лёгкий бетон на пористых заполнителях

• Для получения применяют лёгкие пористые заполнители – сыпучий материал с насыпной плотность <1200кг/м3.

Лёгкие пористые заполнители

• Природные (пемза, туф, пористый известняк, ракушечник, диатомиты, трепелы).

• Отходы промышленности (зола и шлаки)

• Искусственные.

Искусственные пористые заполнители:

• Керамзит;

• Аглопорит;

• Вспученный перлит – получают путём вспучивания при обжиге (t=1100 -1250°С) вулканического стекла (обсидиана).

Вспученный вермикулит

• Получают путём вспучивания при обжиге (t=900-1000°С) вермикулитовой слюды.

Гранулированный пенополистирол

Получают путём вспучивания полистирола при тепловой обработке (t=100°С) –обработка паром

Свойства лёгких бетонов на пористых заполнителях

• Марки по плотности Д200 – Д2000(кг/м3);

• Классы по прочности В2- В40;

• Теплопроводность 0,2- 0,6 Вт/м∙К;

• Морозостойкость F25 – F100;

• Водонепроницаемость W0,2 – W1,2.

Ячеистые бетоны

• На 60-85% по объёму состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0,2-2мм.

• Состав:

  • Вяжущее – п/ц, известь.

  • Заполнитель – молотый кварцевый песок, шлак, зола;

  • Порообразователь.

Классификация

• По назначению: конструкционные,

(ρ0 = 900 - 1200кг/м3), λ = 0,4-0,6Вт/м∙К,

прочность М75-М200;

• теплоизоляционно-конструкционные, (ρ0 = 500-900кг/м3), λ = 0,2-0,4Вт/м∙К, М25-75;

• теплоизоляционные; (ρ0 < 500кг/м3), λ <0,2Вт/м∙К, прочность< М25

По виду вяжущего:

• Цементные;

• Силикатные;

• Гипсовые.

По условиям твердения:

• Естественного твердения;

• Пропаренные (t = 85-90°С);

• Автоклавные (t = 180-200°С, Р= 0,8-1,2МПА).

По способу образования пористой структуры:

• Пенобетоны ( на основе технической пены);

• Газобетоны (при введении газообразователя – Al пудры или пергидроля).

Образование ячеистой структуры (газобетон)

• 2AL + 3Са(ОН)2 + 6Н2О = 3СаО∙AL2О3∙6Н2О + 3Н2↑

• 2Н2О2 →2Н2О + О2↑

Образование ячеистой структуры (пенобетон)

• Смешивание вяжущего и песка с технической пеной, полученной в пеногенераторах на основе пенообразователей – клееканифольный, смолосапониновый, гидролизованная кровь (ГК)

Применение ячеистого бетона

• Ограждающие конструкции (стены) жилых и общественных зданий:

  • Несущие для малоэтажных зданий;

  • Ненесущие для многоэтажных зданий, имеющих несущий каркас.

Контрольные вопросы

1. Что такое бетон и бетонная смесь?

2. Назовите виды бетона по средней плотности.

3. Какую роль выполняет каждый компонент в бетоне?

4. Назовите требования, предъявляемые к компонентам бетона.

5. Перечислите свойства бетонной смеси.

6. В каких единицах измеряется подвижность бетонной смеси?

7. Что такое марка и класс бетона по прочности?

8. Перечислите разновидности тяжёлого бетона и назовите их область применения.

9. Назовите технологические операции по производству бетонной смеси.

10. Как создать условия твердения бетона в летних и зимних условиях?

11. Перечислите виды лёгкого бетона.

12. Что такое пористые заполнители? Перечислите их виды.

13. Дайте определение ячеистому бетону.

14. Назовите виды ячеистого бетона по виду порообразующей добавки.

15. Назовите область применения ячеистого бетона в строительстве.

Домашнее задание

• Байер В.Е. Архитектурное материаловедение. – М.: «Архитектура – С», 2006. – стр. 194 – 198.

Тема 2

Растворы