Специальные виды бетонов

Специальные виды бетонов

К специальным  видам бетонов относятся гидротехнические, жаростойкие, кислотостойкие, плотные, силикатные и защитные, от радиоактивного воздействия.

Гидротехнический  бетон является разновидностью тяжелого бетона. Требования к гидротехническому  бетону и материалам для его приготовления  даны в ГОСТ 4795—59 и ГОСТ 4797—64.

Его применяют  для бетонирования гидротехнических сооружений, воспринимающих при эксплуатации попеременное действие замораживания  и оттаивания, намокания и высыхания. Бетон подводной части сооружений находится под напором агрессивных  вод, подвергается также химической коррозии от действия веществ, растворенных в воде.

Гидротехнический  бетон должен быть плотным, водонепро-ницаемым, морозостойким, стойким к напорным и химически агрессивным водам. По пределу прочности при сжатии в возрасте 180 суток установлено 8 марок — от 100 до 600. Водоне-проницаемость  характеризуется четырьмя марками: В2, В4, В6, В8. Под этими показателями понимают давление воды 2; 4; 6 и 8кГ/см2 площади  образцов бетона, твердевших 180 суток (просачивание воды при испытании не наблюдается). Морозостойкость (Мрз) определяется марками 50, 100, 150, 200, 300.

Особенно  опасны объемные деформации при твердении  массивных бетонных конструкций. Образование  трещин усадки наблюдается, если бетоны содержат много цемента и не обеспечивается влажностный режим твердения. Температурные  деформации могут возникнуть при  твердении бетона, если применен цемент с высокой экзотермией.

Для приготовления  гидротехнического бетона применяют  специальные цементы, цементы с  активными минеральными добавками  и низкой экзотермией: сульфатостойкий  портландцемент, портландцемент с умеренной  экзотермией, шлакопортландце-мент, пуццолановый портландцемент и сульфатостойкий  пуццо-лановый портландцемент.

Для повышения  плотности бетона, снижения и расхода  цемента в бетонную смесь вводят пластифицирующие и гидрофобные  добавки. К качеству заполнителя (песок, щебень и гравий) предъявляют более  высокие требования, чем к заполнителю  для обычного бетона. Заполнители  должны иметь минимальный объем  межзерновых пустот при наличии  большого числа крупных зерен. При  таком условии содержание цемента  в бетоне снижается, следовательно, уменьшаются усадочные и тепловые деформации в твердеющем бетоне. Условия  твердения уложенного бетона должны обеспечивать влажностный и температурный  режимы.

Жаростойкие бетоны предназначены для промышленных установок и конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких  температур; их подразделяют на 3 группы: высоко-огнеупорные (огнеупорность  выше 1770° С); огнеупорные (1580— 1770°  С); жароупорные (ниже 1580° С).

Для изготовления жаростойких бетонов помимо портландцемента  и шлакопортландцемента применяют  глиноземистый и: высокоглиноземистый  цементы, жидкое стекло с кремнефторис-j; тым натрием. Заполнителями служат диабаз, базальт, андезит,? щебень из шамота, боя огнеупорных кирпичей, шлаков и т. п.,

Кислотостойкие  бетоны изготовляют на жидком стекле с добавкой кремнефтористого натрия, кварцевой муки, песка и;; кислотостойкого  щебня.

В состав кислотостойких и жаростойких бетонов (и растворов) вводят специальные добавки, полученные помолом горных пород или керамических каменных материалов, обладающи повышенной кислото-или жаростойкостью.

Плотные силикатные бетоны изготовляют на основе воздушной  извести, тонкомолотой добавки —  кварцевого песка и рядового песка  или доменного гранулированного шлака (или золы ТЭЦ и др.). Этот бетон должен твердеть только в автоклавах при высоком (8—12 атм) давлении.

Бетон для  защиты от вредных излучений имеет  высокий объемный вес. К заполнителям этих бетонов относятся горные породы — лимонит, магнетит и барит (у0бетона от 2800 до 4000 кг/м3), чугунные дробь и  скрап (у0 бетона от 3500 до 5000 кг/м3)

Разновидностями дорожного  бетона, которые находят широкое  применение для устройства дорожных покрытий, являются карбонатный и  песчаный бетоны. 
Карбонатный бетон получают с использованием заполнителей карбонатных пород (известняк, доломит), имеющих хорошую адгезию с вяжущими веществами. В данном случае можно получить бетоны достаточно высокой прочности. 
Весьма важной прочностной характеристикой карбонатного бетона является его прочность на растяжение при изгибе (2-3,5 МПа). 
Марка карбонатного бетона по прочности при сжатии назначается в зависимости от прочности при изгибе: для марок по изгибу 2,0-2,5 МПа, при сжатии – не менее 10 МПа, а для марок по изгибу 3,0-3,5 МПа – не менее 15 МПа. Величина водоцементного отношения не ограничивается. 
Использование карбонатного бетона в дорожном строительстве экономически выгодно в том случае, если в районе строительства имеются запасы известняка или доломита, пригодных для приготовления таких бетонов. Эти бетоны по сравнению с обычными равнопрочными требуют на 10-20% меньше цемента. 
Особенностью карбонатного бетона является то, что необходима защита мелкого и крупного заполнителя от увлажнения как при транспортировании, так и при хранении. Поэтому при производстве карбонатных бетонов не реже 2-х раз в смену проверяют влажность материалов.  
Песчаный цементобетон является перспективным материалом, особенно там, где имеются большие запасы песка и отсутствует крупный заполнитель, а расходы на его перевозку с других мест связаны с большими денежными и трудовыми затратами. 
Песчаный бетон имеет мелкозернистую структуру. В его состав входят цемент и мелкий заполнитель – песок, а также поверхностно-активные добавки. Последние вводятся с целью уменьшения водопотребности цементно-песчаной смеси, а также для повышения долговечности бетона. 
Особенностью этого бетона является то, что он дает значительную усадку. Ввиду значительной усадки бетона рекомендуется готовить жесткие цементно-песчаные смеси в смесителях принудительного перемешивания. 
Песчаный цементобетон, по сравнению с обычным, требует на 10% больше цемента, а его плотность приблизительно на 5% меньше, чем у обычного дорожного цементобетона. 
В зависимости от назначения марка песчаного бетона устанавливается по показателю прочности на растяжение при изгибе. По этому показателю (2-6 МПа) назначается марка песчаного бетона по пределу прочности на сжатие: 
- для оснований под усовершенствованные покрытия, если марки по изгибу 2,0; 2,5; 3,0 и 3,5 МПа, то марка на сжатие назначается не менее 10 МПа; 
- для нижнего слоя двухслойных покрытий: марки по изгибу 3,5 и 4,0 МПа, на сжатие – не менее 15,0 МПа; 
- для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий: марки по изгибу 4,5 и 5,0, на сжатие – не менее 30 МПа; марки по изгибу 5,5 и 6,0, на сжатие – не менее 35 МПа. 
Кроме карбонатного и песчаного бетонов в дорожном строительстве применяют гидротехнический и цветные бетоны. 
Гидротехнический бетон применяют для устройства дорожных труб, мостов, гидротехнических и подземных сооружений м др. целей. 
Он характеризуется повышенной стойкостью к агрессивному воздействию воды, переменному увлажнению и высыханию, а также водонепроницаемостью, высокой морозостойкостью и т.д. 
Поскольку гидротехнический бетон работает в тяжелых специфиче-ских условиях, то к материалам, используемым для его приготовления, предъявляются повышенные требования, в частности: применяют высокомарочный цемент, природные и искусственные средние и крупные пески. При этом, особое внимание обращают на крупный заполнитель. Пригодным для данного вида бетона считается щебень или гравий с плотностью не менее 2400 кг/м³, предел прочности при сжатии горных пород, из которых получают щебень, должен быть не менее 100 МПа. 
По морозостойкости гидротехнический бетон подразделяют на марки: Мрз50, 75, 100, 150, 200, 300, 400 и 500. 
Основным требованием к бетону по морозостойкости является то, что после заданного числа циклов попеременного замораживания и оттаивания гидротехнический бетон не должен терять более 10% массы и должен иметь прочность не ниже 85% прочности бетона контрольных образцов. 
Цветные бетоны получают путем использования цветных цементов или введением в бетонную смесь пигментов-красителей в количестве 8-10% от массы цемента. В качестве заполнителей применяют цветные граниты и мрамор, дробленый кирпич, слюду, кварциты и др. 
Такие бетоны обладают высокими декоративными свойствами и достаточной долговечностью. 
Цветные бетоны в дорожном строительстве используют при устройстве пешеходных переходов, парковых дорожек, разделительных полос на автомобильных дорогах и других целей.

Гидротехнический  бетон — разновидность тяжелого бетона, который в зависимости от условий эксплуатации конструкций гидротехнических сооружений классифицируется на несколько видов.

В зависимости от расположения по отношению  к уровню воды гидротехнический бетон  в сооружении или конструкции  подразделяют на следующие виды:подводный — постоянно находящийся в воде; бетон зоны переменного уровня — подвергающийся периодическому омыванию водой; надводный — находящийся выше зоны переменного уровня.

По  площади поверхности конструкций  гидротехнический бетон делят на массивный инемассивный, а по месту нахождения в сооружении — на бетон наружных ивнутренних зон.

В зависимости от вида и условий  работы устанавливаются показатели качества бетона, основными из которых  являются: класс по прочности на сжатие (В); класс по прочности на осевое растяжение (B_t); марка по морозостойкости (F); марка по водонепроницаемости (W). К бетону для гидротехнических сооружений предъявляются дополнительные требования: водопоглощение, линейная усадка и набухание, стойкость к агрессивному воздействию воды, минимальное тепловыделение, сопротивляемость истиранию потоком воды с наносами, трещиностойкость.

Классы  бетона по прочности  на сжатие: ВЗ,5; В5; В7,5; В10; В 12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55;В60.

Классы  по прочности на осевое растяжение: B_t0,8; B_tU; B_t1,6; B_t2,0.

Марки гидротехнического  бетона по морозостойкости: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600;F800;F1000.

Марки бетона по водонепроницаемости: W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18; W20.

Дорожный  бетон (для дорожных и аэродромных  покрытий) применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах  промышленных предприятий и городских  улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются воздействию не только транспортных средств, но и атмосферных  условий (многократное увлажнение и  высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют  повышенные требования по прочности, плотности, износо- и морозостойкости.

В качестве вяжущих веществ используют пластифицированный или гидрофобный  портландцемент марки 500, начало схватывания  которого должно наступать не ранее  чем через 2 ч после их затворения. В качестве заполнителей для дорожного  бетона используют очищенные от примесей природные пески и щебень из плотных  горных пород (граниты, габбро и др.). Предельная крупность щебня для  однослойного покрытия и нижнего  слоя двухслойного покрытия -40 мм, для  верхнего слоя двухслойного покрытия -20 мм. Щебень из изверженных пород  должен иметь марку не ниже 1200, из осадочных пород не ниже 800.

Радиационно-защитный бетон — это обычный бетон, хорошо поглощающий гамма-лучи и плохо поглощающий нейтроны. Бетоны, приготавливаемые с применением тяжелых заполнителей (магнетита, лимонита, барита, металлического скрапа) с добавкой соединений бора, кадмия и других веществ, хорошо поглощают нейтроны.

Химически связанная вода в радиационно-защитном бетоне является хорошим поглотителем нейтронов, и ее наличие в тяжелых  заполнителях либо в цементном камне  в связанном виде — положительный фактор. Лучшим вяжущим веществом является порошок каустического магнезита, затворенный сернокислым или хлористым барием. При твердении он усваивает больше воды, чем портландцемент.

Декоративный  бетон применяется для архитектурной отделки конструктивных элементов зданий и сооружений (стен, полов, лестниц, разделительных полос дорожных покрытий и т.д.). В их состав входят цветные или белые цементы, пигменты и цветные заполнители. Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Допускается вводить их в количестве не более 8...10% от массы цемента. Обычные портландцементы с пигментами применяют для бетонов темных тонов, белые — для светлых. Заполнители получают из цветных горных пород: мрамора, красного и розового гранитов, сиенита, лабрадорита и др.

Жаростойким называется огнеупорный бетон, способный длительное время сохранять прочность при температуре свыше 200 °С. По способности выдерживать высокие температуры он подразделяется на 14 классов с предельно допустимой температурой применения 300...1700 °С и выше.

Кислотоупорный  бетон получают, используя кислотоупорный цемент и кислотоупорные заполнители. Затворяют бетонную смесь растворимым стеклом в количестве, обеспечивающем необходимую подвижность бетонной смеси. Для приготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью к неорганическим кислотам (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na₂SiF₆, а также кварцевый песок, щебень из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм), приготавливаемую из кислотостойких материалов. 

Высокопрочный бетон прочностью 60...100 МПа получают на основе цемента высоких марок, промытого песка и щебня прочностью не ниже 100 МПа. Высокопрочный бетон  приготовляют с низким В/Ц = 0,3...0,35 (смеси  жесткие или малоподвижные) в  бетоносмесителях принудительного  действия. Для укладки смесей и  формования изделий используют интенсивное  уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование и др. Значительный эффект в производстве высокопрочных  бетонов дают суперпластификаторы.

Высокопрочные бетоны бывают, как правило, и быстротвердеющими, однако для достижения отпускной  прочности изделий в короткие сроки применяют тепловую обработку  по сокращенному режиму. Новые особо  быстротвердеющие цементы позволяют  получать изделия из бетона без тепловой обработки. Тяжелый бетон имеет  высокую прочность на растяжение, износ и морозостойкость.

Для приготовления  высокопрочного бетона используют все  средства, как-то: принимают предельно  низкое водоцементное отношение, суперпластификаторы, высокопрочный цемент, тщательное перемешивание  и уплотнение бетонной смеси и  строгий уход за бетоном.

Мелкозернистый  бетон отличается большим содержанием  цементного камня, поэтому его усадка и ползучесть несколько выше. Применяют  его при изготовлении тонкостенных, в том числе армоцементных  конструкций, а также в тех  случаях, когда отсутствует крупный  заполнитель. Свойства мелкозернистого  бетона характеризуются такими же факторами, как и обычного бетона. Однако отсутствие крупного заполнителя влечет за собой  увеличение водопотребности бетонной смеси, а для получения равнопрочного  бетона и равноподвижной смеси возрастает расход цемента на 20...40% Для сокращения расхода цемента необходимо применять  высококачественные пески, пластифицирующие добавки, суперпластификаторы, производить  хорошее уплотнение смеси. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью на изгиб, хорошей водонепроницаемостью и морозостойкостью.

Кислотоупорный  бетон получают на кислотоупорном цементе  и кислотоупорных заполнителях. Затворяют  бетонную смесь растворимым стеклом  в количестве, обеспечивающем необходимую  подвижность бетонной смеси. Для  изготовления кислотоупорного бетона, обладающего стойкостью при действии неорганических кислот (кроме плавиковой), применяют смесь растворимого стекла (силиката натрия) с 15% кремнефтористого натрия Na₂SiF₆, а также песок кварцевый, щебень из бештаунита, андезита или кварцита и пылевидную фракцию (мельче 0,15 мм), приготовляемую из кислотостойких материалов.

Твердение кислотоупорного  бетона должно проходить в теплой воздушно-сухой среде.

Кислотоупорный  бетон характеризуется прочным  сцеплением со стальной арматурой, стойкостью по отношению к действию серной, соляной, азотной кислот и др. (за исключением плавиковой), пределом прочности при сжатии через 3 сут  — 11...12 МПа, через 28 сут — 15 МПа. При  действии воды и слабых кислот кислотоупорный бетон постепенно разрушается; действию концентрированных кислот этот бетон  сопротивляется хорошо, но пастворы щелочей  легко разрушают его. Кислотоупорный бетон используют для различных  конструкций и облицовки аппаратуры в химической промышленности, заменяя  им дорогие материалы: листовой свинец, кислотоупорную керамику, тесаный камень.