8.1. Прочностные свойства бетона.

Основой современных способов подбора состава бетонов на заданную прочность является закон водоцементного соотношения. Согласно ему, прочность бетона зависит от расхода (удельного) цемента, т. е. водоцементного соотношения. Это соотношение справедливо для бетонов, из одних и тех же материалов. Данной зависимости следуют бетоны одних и тех же температурно-влажностных условий, и приготовленные из бетонной смеси, одной и той же степени уплотнения.

При проектировании бетона и ж/б конструкций обозначают требуемые характеристики бетона – проектные марки – они назначаются по прочности морозостойкости и водопроницаемости. За проектную марку бетона по прочнсти на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию эталонных образцов – кубов 15*15*15 см (после 28 суточного возраста нормального твердения).

Рассмотрим определение прочности бетона без разрушения.

Физические методы контроля отличаются тем, что не требуют разрушения материала и могут быть многократно воспроизведены. К физическим методам испытания бетона относятся ультразвуковой, резонансный и радиометрический методы.

Наиболее распространены импульсные ультразвуковые приборы. Измеряя скорость распространения ультразвука различных частей конструкций можно измерить однородность бетона, не прибегая к испытаниям образцов.

Однородность прочности зависит от однородности макроструктуры бетона, которая является важным техноэкономическим требованием к нему. Для оценки однородности бетона данной марки используют результат контрольного испытания бетонных образцов за определенный период времени. Прочность образцов будет колебаться, отклоняясь от среднего значения в большую или меньшую сторону. Чем ближе частный результат образцов к среднему значению, тем выше однородность бетона.

Коэффициент вариации прочности бетона (V) вычисляют по зависимости:

% ,

где S – среднее квадратичное отклонение частных результатов испытаний от средней прочности; R – средняя прочность.

Величину S определяют:

,

где - предел прочности отдельного образца в i опыте; n – число испытанных образцов.

.

От |V| зависит требуемая марка бетона, а следовательно расход цемента и техноэкономические показатели бетона.

Для повышения однородности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, а также соблюдение технологической дисциплины при изготовлении бетона.

8.2. Легкие бетоны.

Рассмотрим лёгкие бетоны в пористых заполнителях. Для лёгкого бетона используют быстро твердеющий и обычный портландцементы, а также шлакопортландцементы. Применяют в основном неорганические пористые заполнители, которые отличаются большим разнообразием. Их подразделяют на природные и искусственные.

Природные пористые заполнители получают путем частичного дробления и просеивания горных пород: пемза, вулканический туф, известняк-ракушечник.

Искусственные пористые заполнители являются продуктами термической обработки минерального сырья и разделяются на специально изготовленные и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, отвальные металлургические шлаки).

Наивыгоднейшее сочетание показателей объёмной массы, теплопроводности, прочности и расхода цемента для лёгких бетонов достигается при наивысшем насыщении бетона заполнителем, что требует слитного (сближенного) размещения зёрен заполнителя в объеме бетона. В этом случае в бетоне будет содержаться меньше цементного камня, являющегося самой тяжёлой частью лёгкого бетона, а остальная арматура будет защищена от коррозии.

Наибольшее насыщение бетона пористым заполнителем возможно только при правильном подборе зернового состава смеси, мелкого и крупного пористых заполнителей, а также при использовании технологических факторов (интенсивного уплотнения, применения пластификаторов).

В зависимости от объёмной массы и назначения бетоны подразделяются на следующие группы:

1. Теплоизоляционные с объёмной массой до 500 кг/м3.

2. Конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих конструкций – наружних стен и перекрытий зданий) с объёмной массой 500-1400 кг/м3.

3. Конструкционные СС объёмной массой 1400 – 1800 кг/м3.

Уменьшить плотность легких бетонов можно путем образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Для поризации цементного камня, являющегося самой тяжелой составной частью легкого бето­на, используют небольшие количества пенообразующих или газооб­разующих веществ. 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. Увеличение объемной влажности легкого бетона на 1% повышает теплопроводность на 0,016-0,035 Вт/(м°С). В зависимости от теплопроводности лёгкого бетона толщина стены может изменятся от 20 до 40 см.

По морозостойкости легкие бетоны делят на марки: F25...F500; по водонепроницаемости W0,2...W2,5. Для наружных стен обычно применяют бетоны с морозостойкостью не менее 15-25 циклов попе­ременного замораживания и оттаивания. Возможность получения легких бетонов с высокой морозостойкостью и малой водопроницае­мостью значительно расширяет области их применения. Бетоны на пористых заполнителях уже успешно используют в мостостроении, гидротехническом строительстве.

Крупнопористый бетон. В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5-20 мм, портландцемент или шлакопорт-ландцемент М300-М400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его плотность уменьшается примерно на 600-700 кг/м³ и составляет 1700-1900 кг/м³. Отсутствие песка и огра­ниченный расход цемента (70-150 кг/м³) позволяют получить порис­тый бетон с теплопроводностью 0,55-0,8 Вт/(м°С) и марками Ml 5-М75. Крупнопористый бетон целесообразно применять в районах богатых гравием. Из крупнопористого бетона возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки. Сте­ны из крупнопористого бетона оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание.

Крупнопористый бетон на пористом заполнителе (керамзитовом гравии и т.п.) имеет небольшую плотность (500-700 кг/м³) и исполь­зуется как теплоизоляционный материал.

Ячеистые бетоны являются разновидностью легкого бетона, его получают в результате затвердевания вспученной при помощи поро-образователя 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 плотность и малую теплопроводность.

Ячеистые бетоны делят на три группы: тепло­изоляционные плотностью в высушенном состоянии не более 500 кг/м³; конструкционно-теплоизоляционные (для ограждающих кон­струкций) плотностью 500-900 кг/м³, конструкционные (для железо­бетона) плотностью 900-1200 кг/м³.

Вяжущим для цементных ячеистых бетонов обычно служит портландцемент. Бесцементные ячеистые бетоны (газо- и пеносиликат) автоклавного твердения изго­товляют, применяя молотую негашеную известь.

В зависимости от способа изготовления ячеистые бетоны делят на газобетон и пенобетон. У нас и за рубежом развивается производство преимущественно газобетона.

Газобетон приготовляют из смеси портландцемента (часто с добавкой воздушной извести или едкого натра), кремнеземистого компонента и газообразователя. Чаще всего газообразователем служит алюминиевая пудра, кото­рая, реагируя с гидратом окиси кальция, выделяет водород по реак­ции.

Вибрационная технология газобетона заключается в том, что во время перемешивания в смесителе и вспучивания в форме смесь под­вергается вибрации. Тиксотропное разжижение, происходящее вследствие ослабления связей между частицами, позволяет умень­шить количество воды затворения на 25-30% без ухудшения удобоформуемости смеси.

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.

Установлены следующие марки ячеистых бетонов по прочности при сжатии: М15, М25, М35, М50, М75, Ml00, М150. Классы по прочности на сжатие находятся в пределах В0,35...В12,5.

Водопоглощение и морозостойкость зависят от величины и харак­тера пористости ячеистого бетона и плотности перегородок между макропорами (ячейками). Для снижения водопоглощения и повыше­ния морозостойкости стремятся к созданию ячеистой структуры с замкнутыми порами.

Установлены следующие марки ячеистого бетона по морозостой­кости: F15, F25, F35, F50, F75, F100. Для панелей наружных стен применяют ячеистый бетон марок F15, F25 в зависимости от влажно­сти атмосферы в помещениях и климатических условий.

Теплопроводность ячеистого бетона зависит от плотности и влаж­ности, например при плотности 600 кг/м3, теплопроводность в сухом состоянии 0,14Вт/(м-°С), при влажности 8% - 0,22 Вт/(м°С).