Характеристика и классификация бетонов

СОДЕРЖАНИЕ

Введение……………………………………………….…………………………….3

1.      Бетон………………………………………………………….…………………..4

1.1   Классификация бетонов……………………………………………………..4

1.2   Основные требования………………………………………………………..5

1.3   Коррозия бетона……………………………………………………………...7

1.4   Бетон под  действием высоких температур……………………………….11

2.      Общие сведения и классификация железобетона……………………………14

2.1 Влияние окружающей среды на процесс коррозии стали в бетоне……..17

Заключение…………………………………………………………………………19

Список литературы………………………………………………………………...20

ВВЕДЕНИЕ

    Бетоном называют искусственный камень, получаемый в результа­те твердения рационально подобранной смеси, которая состоит из вяжу­щего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью.

   Зерна песка и щебня составляют каменную основу бетона. Цемент­ное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обво­лакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называют железобетоном.

    Бетон как строительный материал применяли еще в глубокой древ­ности. С течением времени использование его в строительстве почти прекратилось, и только с XIX столетия после изобретения новых гидрав­лических вяжущих, в первую очередь портландцемента, бетон снова стали широко применять для строительства различных инженерных со­оружений. Начиная с 60-х годов XIX в., после усовершенствования тех­нологии и повышения марочной прочности цемента, он становится ос­новным вяжущим для бетона и железобетона.

    Ученые уже с конца XIX в. уделяли большое внимание соз­данию плотного бетона и правильному расчету его состава. Крупный вклад в науку о бетоне внесли военные инженеры, были изло­жены результаты исследований зависимости прочности бетона от содер­жания воды, уплотнения бетонной смеси, крупности песка и щебня или гравия. Заслугой советских ученых является соз­дание способов производства зимних бетонных работ и широкое внедре­ние их в практику.

БЕТОН

Классификация бетонов

    Классифицируют бетоны по следующим главнейшим признакам: объемной массе, виду вяжущего вещества, крупности заполнителя, проч­ности, морозостойкости и назначению.

    Основной считается классификация по объемной массе. Бетон делят на особотяжелый объемной массой более 2500 кг/м3, тяжелый-—1800— 2500 кг/м3, легкий — 500—1800 кг/м3, особолегкий — менее 500 кг/м3.

    По виду вяжущего вещества различают бетоны цементные, изготов­ленные на гидравлических вяжущих веществах — портландцементах и его разновидностях; силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатпыми компонентами; гипсовые — с приме­нением гипсоангидритовых вяжущих; бетоны на органических вяжущих материалах.

    Тяжелый бетон изготовляют на цементе и обычных плотных запол­нителях, а легкий — на цементе и естественных или искусственных по­ристых заполнителях. Разновидностью легкого бетона является ячеис­тый бетон, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущего ве­щества, воды, тонкоднсперспого кремнеземистого компонента и порообразователя. Этот бетон отличается высокой пористостью (до 80— 90%} при равномерном распределении мелких пор. Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим тверде- нием сформованных изделий в автоклаве при давлении 0,9—1,6 МПа и температуре 174,5—200° С.

    В зависимости от наибольшей крупности применяемых заполните­лей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем размером 10—150 мм.

    Важнейшие показатели качества бетона — его прочность и долго­вечность. По показателям прочности при сжатии бетоны разделяют на марки. Тяжелые бетоны на цементах и обычных плотных заполнителях имеют марки 100—600, особотяжелые бетоны— 100—200, легкие бетоны на пористых заполнителях — 25—300, ячеистые бетоны — 25—200, плот­ные силикатные бетоны — 100—400 и жаростойкие бетоны—100—400.

    Долговечность бетонов оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю их разделяют на марки морозостойкости: для тяже­лых бетонов Мрз 50 — Мрз 300 и для легких, бетонов Мрз. 10 — Мрз.200.

    По назначению бетон бывает следующих видов: обычный — для бе­тонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки, плиты); гидротехнический — для плотин, шлюзов, об­лицовки каналов и др.; для зданий и легких перекрытий; для полов, дорожных покрытий и оснований; специального назначения: кислото­упорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты, ко­торый изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокой плотности.

Основные требования

    Бетон дол­жен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обла­дать другими качествами, соответствующими назначению изготовляе­мой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бе­тонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам ее укладки.

    Прочность бетона. В конструкциях зданий и сооружений бетон может работать в различных условиях, испытывая сжатие, растяже­ние, изгиб и др. Тяжелый бетон, применяемый в промышленном, жи­лищном и гражданском строительстве, оценивают пределом прочности при сжатии и пределом прочности на растяжение при изгибе, являю­щимися основной характеристикой механических свойств бетона.

    Предел прочности бетона при сжатии и растяжении при изгибе вычисляют с точностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое пре­делов прочности трех образцов одной серии. Если наименьший резуль­тат испытания одного из трех образцов отличается более чем на 20% от следующего большего показателя, то значение предела прочности устанавливают по двум наибольшим результатам. Отклонения от за­данной проектной прочности допускаются только в сторону увеличе­ния, но не более чем на 15%. Излишнее увеличение прочности бетона влечет за собой перерасход цемента и, следовательно, удорожание бетона.

    Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основные факторы, влияющие на прочность бетона, — активность цемента и водоцементное отноше­ние. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, одна­ко при одной и той же активности цемента можно получить бетон раз­личной прочности в зависимости от изменения количества воды в сме­си.

    Наряду с приведенными выше факторами (активность и качество цемента, водоцементное отношение и качество заполнителей) на проч­ность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бе­тонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Проч­ность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока прочность их больше проектируемой марки бетона. Применение заполнителей с прочностью ниже требуемой мар­ка бетона может значительно снизить прочность бетона. Для повыше­ния прочности бетона в этом случае потребуется увеличение расхода цемента. Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона: бетон, приготовленный на щебне, при прочих равных условиях имеет прочность большую, чем бетон на гравии.

    На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Жесткие бетонные сме­си с низким содержанием воды обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

    Прочность тяжелого бетона при благоприятных температуре и влажности непрерывно повышается. В первые 7—14 суток прочность бе­тона растет быстро, затем рост прочности к 28 суток замедляется и по­степенно затухает. Во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет.

    Морозостойкость бетона характери­зуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного воз­раста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25% и без потери массы более чем на 5%,

    В ГОСТе на тяжелый бетон, в том числе и на гидротехнический, по морозостойкости установлены пять марок—Мрз 50, Мрз 100,, Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300. Марку бетона по морозостойкости выбирают в за­висимости от климатических условий, числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и от­таивания за зимний период. Морозостойкими оказываются, как пра­вило, бетоны высокой плотности. Не менее важную роль в морозостой­кости бетона играет морозостойкость заполнителей; марка их по моро­зостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона. Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких за­полнителей, уменьшения водоцементного отношения, применения гид­рофобных и гидрофильных пластифицирующих добавок, а также порт­ландцемента высоких марок или глиноземистого цемента, которые при твердении связывают значительное количество воды затворения, обра­зуя более плотный цементный камень.

    В процессе твердения происходят объемные изменения - усадка и расширение бетона. Размер усадки бетона на портландцементе зависит от минералоги­ческого состава и тонкости помола цемента: усадка возрастает с уве­личением топкости помола. Для понижения усадки бетона, особенно при возведении массивных сооружений, следует применять белитовые цементы или цементы более низких марок, избегать жирных бетонных смесей, уменьшать количество воды затворения, применять крупные заполнители из плотных пород рационального зернового состава, а так­же строго соблюдать влажностной режим твердения бетона.

Коррозия бетона

     Практи­ка эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушиться. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня. Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивно­го вещества в его толщу через трещины или поры бетона. Поэто­му основные меры предохранения бетона от коррозии — придание ему возможно большей плотности и правильное конструирование элемен­тов сооружений, обеспечивающие равномерную (без образования тре­щин) деформацию бетона в процессе твердения.

Различаются три вида физико-химической коррозии.

Коррозия I вида. Внешним ее признаком является налёт на поверхности бетона в месте испарения или фильтрации свободной воды. Коррозия вызывается фильтрацией мягкой воды сквозь толщину бетона и вымыванием из него гидрата окиси кальция: Ca(OH)2 (гашёная известь) и CaO (негашёная известь). В связи с этим происходит разрушение и других компонентов цементного камня: гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроферритов, так как их стабильное существование возможно лишь в растворах Ca(OH)2 определённой концентрации. Описанный процесс называется выщелачиванием цементного камня. По результатам исследований [2] выщелачивание из бетона 16% извести приводит к снижению его прочности примерно на 20%, при 30%-ном выщелачивании прочность снижается уже на 50%. Полное исчерпание прочности бетона наступает при 40-50%-ной потере извести.

Следует учитывать, что если приток мягкой воды незначительный и она испаряется на поверхности бетона, то гидрат окиси кальция не вымывается, а остаётся в бетоне, уплотняет его, тем самым прекращая его дальнейшую фильтрацию. Этот процесс называется самозалечиванием бетона.

Коррозии II вида. Характерным для коррозии II вида является химическое разрушение компонентов бетона (цементного камня и заполнителей) под воздействием кислот и щелочей.

Кислотная коррозия цементного камня обусловлена химическим взаимодействием гидрата окиси кальция с кислотами:

а) соляной: Ca(OH)2+2HCl=CaCl2+H2O;

б) серной: Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+H2O;

в) азотной: Ca(OH)2+H2NO3=Ca(NO)3+H2O,

в результате чего Ca(OH)2 разрушается.

При фильтрации кислотных растворов через толщу бетона продукты разрушения вымываются, его структура делается пористой, и конструкция утрачивает несущую способность. Таким образом, скорость коррозии возрастает с увеличением концентрации кислоты и скорости фильтрации.

Влияния углекислоты на бетон неоднозначно. При малой концентрации СO2 углекислота, взаимодействую с известью, карбонизует её, т.е.

Ca(OH)2+H2СO3=CaСO3+2H2O

Образующийся в результате химической реакции карбонат кальция CaСO3 является малорастворимым, поэтому концентрации его на поверхности предохраняет бетон от разрушения в зоне контакты с водной средой, увеличивает его физическую долговечность.

При высокой концентрации СO2 углекислота реагирует с карбонатом, превращая его в легкорастворимый бикарбонат Ca(HСO3)2, который при фильтрации агрессивной воды вымывается из бетона, существенно снижая его прочность.

Таким образом, скорость разрушения бетона, с одной стороны, зависит от толщины карбонизированного слоя, а с другой – от притока раствора углекислоты.

В реальных конструкциях процесс коррозии бетона оценивается по результатам анализа продуктов фильтрации: если в фильтрате обнаруживается бикарбонат Ca(HСO3)2, то это свидетельствует о развитии коррозии. Безопасным для бетона считается раствор углекислоты с содержанием СO2 < 15 мг/л и скоростью фильтрации менее 0,1 м/с.

Коррозия III вида. Признаком кристаллизационной коррозии III вида является разрушение структуры бетона продуктами кристаллообразования солей, накапливающихся в порах и капиллярах.

Кристаллизация солей может идти двумя путями:

а) химическим взаимодействием агрессивной среды с компонентами камня;

б) подсосом извне соляных растворов.

И в том и в другом случаях кристаллы соли выпадают в осадок, кальматирую (заполняя) пустоты в бетоне. На начальном этапе это позитивный процесс, ведущий к уплотнению бетона и повышению его прочности. Однако в последующем продукты кристаллизации настолько увеличиваются в объёме, что начинают рвать структурные связи, приводя к интенсивному трещинообразованию и многочисленным локальным разрушениям бетона.