Тяжелый бетон

     Независимо  от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении.

     При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие  деформации, когда же преодолена структурная  прочность, она течет подобно  вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при  механических воздействиях и вновь  загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.

     Технические свойства бетонной смеси

     При изготовлении железобетонных изделий  и бетонировании монолитных конструкций  самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:

     - подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной  прочности смеси;

     - жесткость (Ж), являющуюся показателем  динамической вязкости бетонной  смеси; 

     - связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания. Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.

     Жесткость бетонной смеси характеризуется  временем (с) вибрирования, необходимым  для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси  в приборе для определения  жесткости. Связность бетонной смеси  обуславливает однородность строения и свойств бетона.

     Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке  в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при  этом часть воды отжимается вверх.

     Уменьшение  количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

     Укладка бетонной смеси также аналогична укладке опилкобетона. При бетонировании фундамента, если есть булыжники или валунные камни, не трудно приготовить бутобетон. Для этого бетонную смесь укладывают в опалубку и с помощью трамбовки в нее забучивают булыжники. Важно, чтобы каждый булыжник был закрыт со всех сторон бетонной смесью и не выступал над ее поверхностью. При перемешивании бетонной смеси в. результате взаимного распределения частиц объем полученной смеси составит 0,6...0,7 от расчетного, то есть вместо 100 л раствора получится 60.. .70 л. Это необходимо учесть при определении количества потребного бетона.

     Применение  модификаторов различного назначения позволяет в широких пределах изменять строительно-технологические  свойства бетонных смесей. Благодаря  высокой подвижности бетонной смеси, за счет использования суперпластификатора, при низком значении водоцементного отношения смесь легко подается к месту укладки в опалубку с помощью бетононасосов.

     В ряде случаев применение суперпластификаторов совместно с другими модифицирующими добавками позволяет полностью отказаться от использования виброуплотнения. Для снижения расслаиваемости бетонной смеси в состав модификаторов включают стабилизирующие добавки. Благодаря применению модификаторов бетона, высота подачи бетонной смеси с помощью бетононасосов при бетонировании конструкций высотных зданий составила более 400 метров.

     При использовании в составе модификаторов  добавок регуляторов сроков схватывания  и твердения удалось добиться беспрерывной подачи бетонной смеси  при поярусном бетонировании. Это позволило практически в 2 раза сократить сроки возведения высотных зданий с железобетонными несущими конструкциями. Общая схема процесса изготовления бетона представлены на рисунке 1.

     Для приготовления тяжелого бетона и  изготовления железобетонных конструкций  в настоящее время применяются  вяжущие низкой водопотребности (ВНВ), приготовленных с суперпластификатором С-3 на заводах сборного железобетона и строительных площадках.

     ВНВ представляет собой новый класс  высокоэффективных гидравлических вяжущих веществ, имеющих ряд  преимуществ по сравнению с традиционным портландцементом.

     В основе процесса получения ВНВ лежит  механо-химическая активация сырьевой композиции при оптимальном соотношении компонентов. На основе этих вяжущих создаются строительные материалы низкой энергоемкости.

     Вяжущие низкой водопотребности применяются в строительстве при возведении монолитных зданий и сооружений, при производстве сборных бетонных и железобетонных изделий и там, где требуются безвибрационные технологии и беспропарочные режимы твердения изделий. 

     Рис.1 Схема процесса производства бетона 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Основные свойства

     Самым важным свойством бетона является его прочность, т. е. способность сопротивляться внешним силам не разрушаясь. Как и природный камень, бетон лучше всего сопротивляется сжатию, поэтому за критерий прочности бетона строители приняли предел прочности бетона при сжатии. Прочность при сжатии тяжелого бетона зависит главным образом от активности цемента. Применение щебня пониженной прочности или содержащего слабые разности, а также гравия вместо щебня для бетонов классов В30 и выше приводит к снижению прочности. Недоуплотнение бетонной смеси на 1% снижает прочность бетона на 5 – 6%. На растяжение бетон работает намного хуже, чем на сжатие: предел прочности при растяжении в 10...20 раз меньше предела прочности при сжатии. Для повышения несущей способности, в особенности при изгибе и растяжении, бетон сочетают со стальной арматурой, изготовляя железобетонные конструкции. Марка бетона — это численная характеристика какого-либо его свойства, рассчитываемая как среднее значение результатов испытания образцов. Установлены следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: 50; 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350,400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Помимо прочности к основным свойствам принять относить деформативность, морозостойкость и теплофизические свойства, которые во многом зависят от пористости и способности бетона поглощать воду в период эксплуатации. К деформативным свойствам, как мы уже знаем, относят модуль упругости, модуль деформаций, модуль Пуассона и пр. Начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2….3,5) ^. 10⁴ МПа. У ячеистых бетонов – 1 ^. 10⁴. Важными для бетонов являются деформации бетона, возникающие при усадке бетона и его ползучести.

     Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры. Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей при потере воды. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетоне. В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3...0,4 мм/м.

      Вследствие  усадки бетона в бетонных и железобетонных конструкциях могут возникнуть большие усадочные напряжения, поэтому элементы большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м в конструкции длиной 30 м общая усадка составит 10 мм. Усадочные трещины в бетоне на контакте с заполнителем и в самом цементном камне могут снизить морозостойкость и послужить очагами коррозии бетона. 

      Пористость. Как это ни покажется странным, такой плотный материал, как бетон  имеет заметную пористость. Причина ее         возникновения,  как, это уже не раз говорилось, кроется в избыточном количестве воды затворения. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пористость бетона можно определить по формуле

      П = [(В - ω•Ц)/1000]100, где В и Ц - расходы воды и цемента на 1м³ (1000дм³ );

      ω — количество химически связанной воды в долях от массы цемента.

      Это общая пористость, включающая микропоры  геля и капиллярные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и морозостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор можно вычислить по формуле, %:

      П_к = [(В-2ωЦ)/1000]100.

      Водопоглощение и проницаемость. Благодаря капиллярно-пористому строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %.

      Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение, как мы уже знаем, тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

      Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона и его теплозащитных свойствах. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гцдрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

      Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепленияарматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

      Для снижения водопроницаемости необходимо применять заполнители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для устройства бетонной гидроизоляции.

      По  водонепроницаемости бетон делят  на марки W0,2; W0,4; W0,6; W0,8 и Wl,2. Марка обозначает давление воды (МПА), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

      Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла - 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

      За  марку по морозостойкости принимают  наибольшее число циклов «замораживания - оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100...F1000. Стандартом разрешается применять ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

      Мы  уже знаем, что причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях является капиллярная пористость. Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Установлена зависимость марки по морозостойкости бетона от величины капиллярной пористости. Так, согласно этой зависимости бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, должен иметь морозостойкость F150...F200.

      Для получения бетонов высокой морозостойкости  необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6,5...6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования: