Бетон на минеральных вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.
Правильно подобранный состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, плотность, долговечность и др.).
В зависимости от основного назначения современные бетоны подразделяются на конструкционные и специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, высокопрочные, гидротехнические, аэродромные (дорожные).
По виду заполнителей бетоны могут быть на следующих заполнителях:
— плотных (тяжелые бетоны);
— пористых (легкие бетоны);
— специальных (жаростойкие, радиационно-защитные и т. п. бетоны).
По структуре бетоны могут быть плотной, порисованной, ячеистой и крупнопористой структуры.
Свойства бетонной смеси. Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя.
Удобоукладываемость - способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость бетонных смесей в зависимости от их консистенции оценивают по подвижности и жесткости.
Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси - ОК, значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.
Пластификация бетонных смесей осуществляется с помощью химических веществ: гидрофилизующих - сульфтно-дрожжевая бражка (СДБ), лигносульфонат натрия, гидрофобизующих - мылонафт и др., микропенообразующих - омыленный древесный пек и т. п., комплексных добавок, суперпластификаторов (например, С-3), весьма значительно повышающих подвижность бетонных смесей.
Жесткость - характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК = 0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси в приборе для определения жесткости.
В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси.
Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с подвижными смесями у бетонов равной прочности. Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибрирования, вибротрамбования, виброштампования и т. п. Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях, в построечных условиях жесткие смеси применяют редко.
Подвижные смеси отличаются большим расходом воды и соответственно цемента. Эти смеси представляют собой густую массу, которая легко разжижается при вибрировании. Подвижные смеси можно транспортировать бетононасосами по трубопроводам.
Показатели удобоукладываемости бетонной смеси назначают в зависимости от типа конструкции, ее размеров, густоты армирования и применяемого способа изготовления.
Связность - способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При механических воздействиях на бетонную смесь в результате ее тиксотропного разжижения часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх. Крупный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз. Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость.
Указанные свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона.
Основными показателями качества бетона, в зависимости от его назначения и условий работы, является:
- класс прочности на сжатие – В;
- класс прочности на осевое растяжение – Вt (назначается, когда этот показатель является основным и контролируется);
- марка по морозостойкости – F (назначается для конструкций, подвергающихся в увлажненном состоянии попеременного замораживания и оттаивания);
- марка по водонепроницаемости – W (назначается для конструкций с ограниченной проницаемостью);
- марка по средней плотности – D (назначается для конструкций, к которым предъявляются дополнительно теплоизоляционные требования).
Прочность бетона определяется активностью цемента и величиной соотношения между количеством воды и цемента в цементном тесте (В/Ц), применяемом для изготовления бетона.
Установлено, что зависимость прочности бетона от В/Ц с некоторым приближением можно представить в виде формулы
Rб = А Rц (Ц / В - 0,5) для бетонов с Ц/В до 2,5, (10)
Rб = А1 Rц (Ц / В + 0,5) для бетонов с Ц/В более 2,5. (11)
Здесь Rц представляет собою активность цемента, определенную испытанием на сжатие кубов 7,07 х 7,07 х 7,07 см из раствора состава 1: 3 (цемент: «нормальный» вольский песок) в 28-суточном возрасте.
Величину коэффициента А и А1, отражающего влияние на Rб качества крупного заполнителя, выбирают из табл. 29.
Таблица 29 - Значения коэффициентов А и А1.
| Заполнители бетона | А | А1 |
| Высококачественные | 0,65 | 0,43 |
| Рядовые | 0,60 | 0,40 |
| Пониженного качества | 0,55 | 0,37 |
Установленные значения показателя качества бетона должны быть обеспечены в проектном возрасте, который указывается в рабочих чертежах и назначается в соответствии с нормами проектирования в зависимости от условий твердения, способов возведения и сроков фактической загрузки конструкций.
Обычно за проектную прочность бетона принимают результаты испытания образцов-кубов с размером 15 х 15 х 15 см, выдержанных в течение 28 суток в нормальных условиях твердения (температуре 20 ± 2°С и относительной влажности не < 95 %).
Иногда, учитывая, что прочность бетона со временем имеет тенденцию к росту, а необходимости в загружении конструкций в ближайшее время не намечается, проектную прочность назначают исходя из прочности в 3-месячном (R90) и даже в 6-месячном (R180) возрасте.
Приближенно можно считать, что прочность бетона при благоприятных условиях - высокой влажности воздуха, положительной температуре и т. п. - увеличивается прямо пропорционально логарифму времени твердения:
Rn = R28 (lg n / lg 28), (44)
где n – количество суток твердения.
К возрасту одного года тяжелый бетон в этих условиях самоупрочняется на 70 – 90 % от R28.
Прочность бетона в конструкциях характеризуется марками и классами.
Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50,
100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 700 и 800 кгс/см2.
При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М400 означает, что его средняя прочность не менее 40 МПа.
Отличительная особенность бетона — значительная неоднородность его свойств. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возможные колебания качества бетона, является класс бетона.
Класс бетона по пределу прочности при сжатии (в МПа) определяют с помощью образцов размером 15 х 15 х 15 см (с умножением на коэффициент 0,778), изготовленных из бетонной смеси и испытанных через 28 суток твердения при хранении в нормальных условиях. ГОСТом установлены следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3,5, 5, 7,5, 10, 12,5, 15, 20, 25, 30, 52,5, 40, 45, 50, 55 и 60.
Для производства тяжелого бетона в качестве мелкого заполнителя могут применяться пески, отвечающие требованиям ГОСТ 8736.
Выбор крупного заполнителя должен производиться с учетом марки бетона, размера и вида конструкций. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие виды заполнителя: щебень, получаемый дроблением естественного камня, гравий (ГОСТ 8267), щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578).
Ход работы
Работа состоит из двух частей: I — расчетной — «Подбор состава тяжелого бетона» и II — практической — «Приготовление бетонной смеси и
проверка свойств смеси и бетона».
Часть I
