home e-mail
ГОСТпол
телефон


+7 (495) 210-32-51
+7 (495) 210-62-09
+7 (925) 755-73-10
+7 (925) 755-71-26
+7 (926) 612-09-92

777979777@mail.ru

Строительство шлифованных бронированных не пылящих полов.
Современные оборудование, технологии и материалы для
производства бетонных полов

БЕТОНЫ. СОСТАВ. ВИДЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ.

Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью.
В строительстве широко используют бетоны, приготовленные на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Эти бетоны обычно затворяют водой. Цемент и вода являются активными составляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит.
Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (за исключением силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой), поэтому заполнители часто называют инертными материалами.
Однако они существенно влияют на структуру и свойства, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций.
В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как заполнители и вода составляют 85-90%, а цемент - 10-15% от массы бетона.

В последние годы в строительстве широко используют легкие бетоны, получаемые на искусственных
пористых заполнителях. Пористые заполнители снижают плотность бетона, улучшают его теплотехнические
свойства.
Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.
Бетоны на минеральных вяжущих веществах являются капиллярно-пористыми телами, на структуру и свойства которых заметное влияние оказывают как внутренние процессы взаимодействия составляющих бетона, так и воздействие окружающей среды.
В течение длительного времени в бетонах происходит изменение поровой структуры, наблюдается протекание структурообразующих, а иногда и деструктивных процессов и как результат - изменение свойств материала. С увеличением возраста бетона повышается его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией приготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения бетона. Все эти факторы учитывают при проектировании бетона и производстве конструкций на его основе.
На органических вяжущих веществах (битум, синтетические смолы и т.д.) бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность и непроницаемость бетонов. Многообразие вяжущих веществ, заполнителей, добавок и технологических приемов позволяет получать бетоны с самыми разнообразными свойствами.
Бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют стальными стержнями, получая железобетон. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними и приблизительно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения. Бетон предохраняет арматуру от коррозии.
Бетонные и железобетонные конструкции изготовляют либо непосредственно на месте строительства - монолитный бетон и железобетон, либо на заводах и полигонах с последующим монтажом на строительной площадке - сборный бетон и железобетон.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ БЕТОНА

Бетон - один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах.
Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность.
В эти же годы был предложен способ предварительного напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости.
Проф. А.Р. Шуляченко в 80-х годах прошлого века разработал теорию получения и твердения гидравлических вяжущих веществ и цементов и доказал, что на их основе могут быть получены долговечные бетонные конструкции. Под его руководством было организовано производство высококачественных цементов.
Проф. Н.А. Белелюбский в 1891г. провел широкие испытания, результаты которых способствовали внедрению железобетонных конструкций в строительство. Проф. И.Г. Малюга в 1895 г. в своей работе «Составы и способы изготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости» обосновал основные законы прочности бетона В 1912 г. был издан капитальный труд Н.А. Житкевича «Бетон и бетонные работы».
В начале века появляется много работ по технологии бетона и за рубежом. Из них наиболее важными были работы Р. Фере (Франция), О. Графа (Германия), И. Боломе (Швейцария), Д. Абрамса (США).
Широкое развитие получила технология бетона в СССР со времени первых крупных гидротехнических строительств - Волховстроя (1924 г.) и Днепростроя (1930 г.). Профессора Н.М. Беляев и И.П. Александрин возглавили ленинградскую научную школу по бетону.
В 30-е годы ученые московской школы бетона Б.Г. Скрамтаев, Н.А. Попов, С.А. Миронов, С.В. Шестоперов, П.М. Миклашевский и другие разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведение бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых видов бетона, разработали способы повышения долговечности бетона, основы технологии сборного железобетона.
В послевоенные годы создаются новые виды вяжущих веществ и бетонов, начинают широко применятся химические добавки, улучшающие свойства бетона, совершенствуются способы проектирования состава бетона и его технология.
Ежегодно в строительстве применяются примерно 250 млн. куб. метров бетона и железобетона, в том числе около 125 млн. куб. метров сборного железобетона. На предприятиях работает свыше 25000 технологических линий по производству сборного железобетона.

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов. Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего вещества и назначению.
Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны делят на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м3; тяжелые – 1800-2500; легкие –500-1800; особо легкие - менее 500 кг/м3.
Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях - стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).
Тяжелые бетоны с плотностью 2100-2500 кг/м3. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800-2000 кг/м3 получают на щебне из горных пород с плотностью 1600-1900 кг/м3.
Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф).
К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях.
Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные.
Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве.
Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцементе (2025%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах), бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).
Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.
Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные -пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение - объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов.
Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.
Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация (образование раковин)).
Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).
Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.
Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).
В зависимости от области применения различают: обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок перекрытий и мостовых конструкций); гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений; бетон для ограждающих конструкций (легкий); бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий; бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).
Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

ОСОБО ТЯЖЕЛЫЙ БЕТОН

Особо тяжелые бетоны применяют в специальных сооружениях для защиты от радиоактивных воздействий.
К особо тяжелым относят бетоны с плотностью более 2500 кг/ куб. м. Для особо тяжелых бетонов применяют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый расширяющийся цемент. В качестве заполнителей в особо тяжелых бетонах используют материалы с высокой плотностью: магнетит, гематит, барит, металлический скрап.
К заполнителям особо тяжелых бетонов предъявляют следующие дополнительные требования

ТЯЖЕЛЫЙ БЕТОН

В строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 1600-2500 кг/куб. м. на заполнителях из горных пород (граните, известняке, диабазе, щебне). Строительными нормами и правилами установлены следующие марки тяжелых бетонов-М 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600. Существуют различные виды тяжелого бетона:

БЕТОН ДЛЯ СБОРНЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Для ускорения твердения бетона при изготовлении сборных железобетонных конструкций применяют тепловую обработку. Рост прочности бетона при тепловой обработке определяется не только активностью, но также минералогическим составом цемента, составом бетона, консистенцией бетонной смеси, режимом тепловой обработки и другими факторами. Для получения требуемой отпускной прочности применяют следующий оптимальный режим тепловой обработки, предварительная выдержка – 1-2 ч, подъем температуры –2-3 ч, изотермическая выдержка – 6-12 ч, остывание – 3-4 ч.
Оптимальная температура изотермической выдержки - 80 °С.
Оптимальный состав бетона следующий: вода (В) = 140 л, цемент (Ц) = 280 кг, щебень (Щ) = 1415 кг, песок (П) = 590 кг.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

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 водоцементным соотношением (ВЦ) = 0,3-0,35 и ниже (смеси жесткие или малоподвижные) в бетоносмесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование.
Для приготовления высокопрочного бетона применяют различные способы повышения активности цемента и качества бетонной смеси (домол и виброактивация цемента, виброперемешивание, применение суперпластификаторов) и принимают высокий расход цемента. Большие перспективы в получении высокопрочных бетонов связаны с применением вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), которое получают совместным помолом высокомарочного цемента и суперпластификатора С-3. При бетонировании массивных сооружений целесообразно применить цементы с пониженным содержанием алита (трех кальциевого силиката) и особенно целита (трех кальциевого алюмината), лучше всего белитовые (двух кальциевый силикат). Максимально допустимый расход белитового портландцемента составляет 450 кг/куб.м. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционированный щебень из плотных и прочных горных пород. Предел прочности при сжатии - у изверженных не менее 100 МПа и у осадочных 80 МПа. Песок для высокопрочных бетонов должен иметь пустотность менее 40%. Марки высокопрочных бетонов М 500 - 1000.

БЫСТРОТВЕРДЕЮЩИЙ БЕТОН

Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1-3 сут.) при твердении в нормальных условиях, достигается применением быстротвердеющего цемента, а также различными способами ускорения твердения цемента (применение жесткой бетонной смеси с низким В/Ц, использование добавок-ускорителей твердения (хлористый кальций, хлористый водород, глиноземистый цемент), сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса (2-5% от массы цемента) или с применением комплексных специальных добавок, активация цементного раствора. Для получения качественного быстротвердеющего бетона используют алюминатный цемент марки М500, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной смеси с В/Ц = 0,35, добавки хлористого кальция в количестве 2% веса цемента и виброперемешивание. По результатам испытаний в первые сутки быстротвердеющий бетон набирает прочность при сжатии 300 - 500 кг/ кв.см.

БЕТОН НА МЕЛКОМ ПЕСКЕ

Ввиду широкого распространения в природе мелких песков и отсутствия в некоторых районах песков с удовлетворительным зерновым составом допускается применять в бетоне мелкие и тонкие пески (с Мкр < 1,5) при условии соответствующего технико-экономического обоснования.
Мелкие пески по сравнению со средними и крупными характеризуются повышенной пустотностью и удельной поверхностью и худшим зерновым составом. Вследствие этого они несколько понижают прочность бетона и уменьшают подвижность бетонной смеси, что вызывает увеличение расхода цемента для получения равнопрочных и равноподвижных бетонов. Замена крупного песка мелким в большей степени сказывается на осадке конуса и меньшей -на удобоукладываемости бетонной смеси. Вместе с тем мелкий песок меньше раздвигает зерна крупного заполнителя и обладает лучшей водоудерживающей способностью, в результате чего уменьшается оптимальное содержание песка в бетоне и, следовательно, в меньшей мере заметно его влияние на водопотребность бетонной смеси.
Основные параметры:
плотность бетонной смеси - 2350 кг/ куб. м;
состав бетона м300 -В/Ц = 0,5, Ц= 370 кг/ куб. м, Щ = 1305 кг, П = 490 кг, В = 185 л.

БЕТОН ДЛЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Бетон для гидротехнических сооружений должен обеспечивать длительную службу конструкций, постоянно или периодически омываемых водой. Поэтому в зависимости от условий службы к гидротехническому бетону помимо требований прочности предъявляют также требования по водонепроницаемости и морозостойкости. Выполнение этих дополнительных требований достигается правильным определением состава бетона. Эти требования дифференцированы в зависимости от характера конструкции и условий ее работы.
Гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: подводный; постоянно находящийся в воде; расположенный в зоне переменного горизонта воды; надводный, подвергающийся эпизодическому смыванию водой. Кроме того, различают массивный и немассивный бетон и бетон напорных и безнапорных конструкций. По прочности на сжатие в возрасте 180 суток гидротехнический бетон делят на классы В5, В7, В10, В15, В20, В25, ВЗО, В40.
По водонепроницаемости в 180-суточном возрасте на четыре марки: W2, W4, W6, W8. Бетон марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2МПа, а бетон марок W4, W6 и W8 -при давлении соответственно 0,4; 0,6 и 0,8 МПа.
По морозостойкости гидротехнический бетон делят на пять марок: F50, F100, F150, F200, F300. Максимальное допустимые значения В/Ц = 0,5-0,7. Допускается применение для гидротехнического бетона портландцемента, пластифицированного и гидрофобного цементов, пуццоланового и шлакового, а в некоторых случаях сульфатостойкого цемента.

БЕТОНЫ ДЛЯ ДОРОЖНЫХ И АЭРОДРОМНЫХ ПОКРЫТИЙ

В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба, так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Поэтому при расчете состава бетона надо установить такое соотношение между его составляющими, которое обеспечивает требуемую прочность бетона на растяжение при изгибе, а также достаточную прочность на сжатие и морозостойкость.
Проектную прочность дорожного бетона устанавливают в зависимости от назначения бетона: при изгибе -М 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55; при сжатии -М 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500.
Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с климатическими условиями района строительства: F50, F100, F150, F200.
Требования к подвижности бетонной смеси: осадка конуса (ОК)= 1-3 см; жесткость (Ж) =2-5 си Ж=10-15 с, Чтобы обеспечить достаточную морозостойкость, и, следовательно, надежную защиту и эксплуатацию покрытий длительное время, В/Ц должно быть не более: для сурового климата - 0,5, умеренного -0,53, мягкого - 0,55. Для оснований бетонных дорог допускается использовать портландцемент не ниже м300, Для бетона однослойных и двухслойных покрытий -не ниже М400 с содержанием трехкальциевого алюмината менее 10%. В качестве крупного заполнителя используют щебень из прочных пород -изверженных (прочностью не менее 120 МПа) и осадочных пород (прочностью не менее 80 МПа); гравий только после промывки, при этом содержание в них загрязняющих частиц, не должно превышать 1,5-2% по массе. Наибольший размер зерен щебня и гравия не менее 20 мм, 40 мм, 70 мм. В качестве ПАВ используют -пластификаторы (ССБ) и воздухововлекающие (мылонафт и абиетат натрия); комплексные добавки -СДБ и мылонафт, СДБ и СНВ.
Оптимальный состав бетона: В = 155 л, Ц = 287 кг, Щ = 1340 кг, П = 655 кг.

БЕТОН С ТОНКОМОЛОТЫМИ ДОБАВКАМИ

Применение тонкомолотых добавок (наполнителей) рационально в двух случаях: 1) когда по условию прочности можно допустить большее В/Ц, чем требуется по условию долговечности бетона. 2) когда прочность бетона можно обеспечить при меньшем расходе цемента, чем требуется по условию
плотности.

МАЛОЩЕБЕНОЧНЫЙ БЕТОН

Малощебеночным называют бетон с пониженным содержанием щебня или гравия. При уменьшении содержания щебня в обычном бетоне повышается водопотребность бетонной смеси (так как возрастает удельная поверхность заполнителя), увеличивается воздухововлечение в бетонную смесь, и вследствие этого несколько уменьшаются прочность бетона и модуль деформации, возрастают усадка и ползучесть. Соответственно при введении щебня в цементно -песчаный бетон и увеличении его содержания свойства бетона изменяются в противоположном направлении. Меняя содержание щебня в бетоне, можно регулировать его свойства.
Малощебеночный бетон используют главным образом тогда, когда для железобетонных конструкций приходится применять дорогостоящий привозной щебень. Оптимальная плотность малощебеночного бетона составляет - 2380 кг/куб. м.
Оптимальный состав бетона на один куб : В = 150 л, Ц = 280 кг, Щ = 700 кг, П = 1175 кг.

ЛИТОЙ БЕТОН

Литой бетон готовят при высоком расходе воды, что требует особого внимания предупреждению расслаивания бетонной смеси. Для ее предотвращения осуществляют мероприятия, способствующие повышению водоудерживающей способности смеси.

Для приготовления литых бетонов желательно использовать портландцемент и быстротвердеющий цемент. Такие цементы вследствие оптимального гранулометрического состава зерен и высокой точности помола обладают хорошей водоудерживающей способностью при высоких В/Ц. Кроме того быстрое схватывание цементного теста уменьшает возможность его расслаивания, так как последнее может происходить только до момента затвердевания бетона. В строительстве используют литые бетоны с прочностью R =20-60 МПа.

БЕТОН С ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫМИ ДОБАВКАМИ

В современном строительстве широко применяют поверхностно - активные добавки (ПАВ), вводимые в состав бетона для улучшения его свойств и экономии цемента. ПАВ подразделяются на две группы:
1-я группа -пластифицирующие добавки, улучшающие текучесть цементного теста, к ним относятся концентраты сульфитно-спиртовой барды (ССБ) и их производные;
2-яя группа -гидрофобизирующие добавки, вызывающие вовлечение в бетонную смесь мельчайших пузырьков воздуха, что также улучшает подвижность бетонной смеси и, кроме того, повышает морозостойкость бетона и улучшает некоторые другие его свойства, к ним относятся омыленный древесный пек, мылонафт, омыленная абиетиновая смола (абиетат натрия), препарат ГК (пенообразователь на основе гидролизованной крови), микропенообразователь БС, получаемый из растительного сырья. Оптимальное содержание добавки составляет: ССБ 0,15-0,25%, абиената натрия 0,01-0,25% (от веса цемента).
Эффективность применения добавки зависит от многих факторов: состава бетона, качества цемента и заполнителя, пластичности бетонной смеси.

МЕЛКОЗЕРНИСТЫЙ БЕТОН

Для изготовления тонкостенных железобетонных конструкций применяют мелкозернистый бетон, не содержащий щебня. Армируя этот бетон стальными ткаными сетками, получают армоцемент -высокопрочный материал для тонкостенных конструкций. Мелкозернистый бетон можно также использовать для изготовления железобетонных конструкций в районах, где отсутствуют щебень и гравийно-песчаная смесь. Мелкозернистый цементно-песчаный бетон имеет некоторые особенности, обусловленные его структурой, для которой характерны большая однородность и мелкозернистость, высокое содержание цементного камня, отсутствие жесткого каменного скелета, повышенные пористость и удельная поверхность твердой фазы.
Для мелкозернистого бетона на мелком песке оптимальными оказываются составы 1:1-1:1,5. Мелкозернистый бетон обладает повышенной прочностью при изгибе Rизг = 2-20 МПа, водонепроницаемостью и морозостойкостью.
Поэтому его можно использовать для дорожных покрытий в районах, где нет хорошего щебня, для труб и гидротехнических сооружений. Существует два вида мелкозернистого бетона:

ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Для приготовления легких бетонов используют различные виды пористых заполнителей: искусственные -керамзит, аглопорит, перлит, шлаковую пемзу и естественные - туф, пемзу.
Легкие бетоны на пористых заполнителях применяют в ограждающих конструкциях и для снижения собственной массы несущих конструкций. Поэтому для этих бетонов наряду с прочностью очень важное значение имеет плотность бетона. По плотности различают особо легкие теплоизоляционные бетоны с плотностью в высушенном состоянии менее 500 кг/куб. м и легкие бетоны с плотностью 500-1800 кг/куб. м. Прочность особо легких бетонов редко бывает более 1,5 МПа, а прочность легкого бетона может изменяться в значительных пределах -от 2,5 до 30 МПа и выше. Обычно легкие бетоны подразделяются на конструктивно -теплоизоляционные с плотностью 500 -1400 кг/куб.м и прочностью 2-10 МПа и конструктивные с плотностью 1400-1800 кг/куб.м и прочностью 10-30 МПа.
По структуре различают плотные, или обычные, легкие бетоны, в которых раствор на тяжелом или легком песке полностью заполняет межзерновые пустоты крупного заполнителя. Поризованные легкие бетоны, в которых растворную часть вспучивают с помощью пено или газообразующих добавок, и крупнопористые легкие бетоны, в которых не содержится песка и сохраняются межзерновые пустоты. В строительстве используют главным образом легкие бетоны с крупностью пористого заполнителя до 20-40 мм, однако применяют и мелкозернистые легкие бетоны.
Легкие бетоны делятся на три вида:

ПОРИЗОВАННЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН

Для улучшения теплофизических свойств легкого бетона на пористом заполнителе применяют поризацию
растворной части бетона или заменяют ее поризованным цементным камнем, т.е. готовят легкий бетон на крупном пористом заполнителе без песка. К поризованным легким бетонам относят бетоны, содержащие более 800 л/куб.м легкого крупного заполнителя, у которых объем воздушных пор составляет 525%.
Поризацию таких бетонов осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок. Пеной поризуют только беспесчаные смеси, воздухововлекающими добавками -только смеси с песком, газообразующими добавками -смеси с песком и без песка. В зависимости от используемого заполнителя и способа поризации бетоны получают название: керамзитопенобетон, керамзитогазобетон, керамзитобетон с воздухововлекающими добавками.
Прочность поризованного бетона может быть 5-10 МПа, а плотность – 700-1400 кг/куб.м. Прочность и плотность бетона зависят от его структуры. Для поризованного легкого бетона рационально применять цемент М400 и выше, керамзит марок: М50, 75, 100, 150, 200, 250. Оптимальный показатель ОК = 5-6 см, оптимальный показатель Ж=30-90 с. Расход керамзитового щебня или гравия не должен превышать 0,9 куб.м на один куб бетона. Расход цемента в керамзитобетоне для неармированных конструкций должен быть не менее 120 кг/куб.м, для армированных -не менее 200 кг/куб.м.

КРУПНОПОРИСТЫЙ ЛЕГКИЙ БЕТОН

Крупнопористый конструктивно -теплоизоляционный бетон -это бетон на легких крупнопористых заполнителях (керамзитовый гравий, аглопорит, шлаковая пемза, природные крупнопористые и мелкопористые заполнители). Крупнопористые бетоны на легких заполнителях отличаются высокой жесткостью, поэтому при определении их состава контролируют нерасслаиваемость бетонной смеси.

ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН

Ячеистый бетон -это особо легкий бетон с большим количеством (до 85% от общего объема бетона) мелких и средних воздушных ячеек размером до 1-1,5 мм.
Пористость ячеистым бетонам придается:

Затвердевший материал называют газобетоном. Ячеистые бетоны по плотности и назначению делят на теплоизоляционные с плотностью 300-600 кг/куб.м и прочностью 0,4-1,2 МПа и конструктивные с плотностью 600-1200 кг/куб.м (чаще всего около 800 кг/куб.м) и прочностью 2,5-15 МПа. Широко развивается производство изделий из автоклавных ячеистых бетонов, т.е. твердеющих в автоклавах при пропаривании под давлением 0,8-1 МПа. Для автоклавного ячеистого бетона наиболее целесообразно использовать портландцемент совместно с известью -кипелкой в отношении 1:1 по массе. Для приготовления автоклавных ячеистых бетонов применяют известь с содержанием активного оксида кальция не менее 70%, оксида магния не более 5%, высокоэкзотермическую с температурой гашения около 85 °С; тонкость помола должна быть не ниже 3500-4000 кв.см/г. Для ячеистых бетонов неавтоклавного твердения применяют цементы не менее М400. В качестве кремнеземнистого компонента рекомендуется применять тонкомолотые кварцевые пески, содержащие не менее 90% кремнезема, не более 5% глины и 0,5% слюды. Песок в зависимости от плотности ячеистого бетона должен иметь удельную поверхность 1200-2000 кв.см/г.
Для образования ячеистой структуры бетона применяют пенообразователи и газообразователи. В качестве пенообразователей используют несколько видов ПАВ (клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонатный и ГК). Расход пенообразователя для получения пены составляет соответственно – 1820%; 12-16%; 16-20% и 4-6%.
В качестве газообразователя применяют алюминиевую пудру, которую выпускают четырех марок. Для производства газобетона используют пудру марки ПАК-З или ПАК-4 с содержанием активного алюминия 82% и тонкостью помола 5000-6000 кв.см/г. Расход алюминиевой пудры зависит от плотности получаемого газобетона и составляет 0,25 -0,6 кг/куб.м.

ОСОБЫЕ ВИДЫ БЕТОНА

Силикатный бетон
Силикатный бетон представляет собой бесцветный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым кремнеземистым материалом. В процессе автоклавной обработки известь вступает с кремнеземистым компонентом в химическую реакцию, в результате которой образуются гидросиликаты кальция, скрепляющие зерна заполнителя в прочный монолит. В зависимости от вида кремнеземистого компонента различают следующие виды вяжущего вещества: известково-кремнеземистые (тонкомолотая известь и песок); известково-шлаковые (совместный помол металлургического или топливного шлака и извести); известково-зольные (тонкомолотая известь и топливные золы); известковобелитовые (тонкомолотые продукты низкотемпературного обжига -белитового шлама и песка), и известково- аглопоритовые (известь и отходы производства искусственных пористых заполнителей). Соотношения извести и кремнеземистого компонента составляет от 30:70 до 50:50%. В качестве мелкого заполнителя применяют природные и дробленые пески, удовлетворяющие стандартным требованиям.
Для регулирования свойств вяжущего, бетонной смеси и бетона применяют специальные добавки: гипсовый камень для замедления гидратации извести: триэтаноламин для повышения помолоспособности компонентов вяжущего и пластификации бетонной смеси; кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11 для гидрофобизации и повышения долговечности бетона, суперпластификаторы.
Прочность силикатного бетона меняется в широких пределах: 5-10 МПа в легких силикатных бетонах, 20-50 МПа в тяжелых бетонах и 80-100 МПА в высокопрочных бетонах. Из силикатного бетона производят плиты перекрытий, колонны, ригели, балки, ограждающие панели и стеновые блоки.
Цементно-полимерный бетон
Цементно-полимерные бетоны -это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водной дисперсии полимеров -продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов или водорастворимых коллоидов:
поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей и в качестве микронаполнителя.
Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих: минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности
пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает
особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость.
Наиболее распространенными добавками полимеров в цементные бетоны являются ПВА, латексы и водорастворимые смолы.
Полимербетоны
Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями -неорганические материалы (песок и щебень). Для экономии смолы и улучшения свойств полимербетонов в них иногда вводят тонкомолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств применяют отвердители, пластификаторы. Наиболее часто для полимербетонов используют термореактивные смолы: фурановые (ФА), эпоксидные (ЭД-5,ЭД-6) и полиэфирные (ПН-1 и ПН-3;МГФ-9 и ТМГФ-11). Фурановые смолы обычно получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. В строительстве наибольшее распространение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. При нормальной температуре это жидкость желтовато-коричневого цвета плотностью 1,082 г/куб.см с температурой кипения 160-240 °С, нерастворимая в воде, но растворимая в эфирах и ацетоне. Мономер ФА отверждают бензосульфокислотами (20-30% массы ФА). Эпоксидные смолы – это полимерные вещества линейного строения, содержащие эпоксигруппу. Для полимербетонов наиболее пригодны жидкие эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6. Эпоксидные смолы отверждаются с помощью катализатора ионного типа (10-20% массы смолы). Полиэфирные смолы получают путем поликонденсации двух основных кислот (малеиновой и фталевой) и многоатомных спиртов. В качестве вяжущих для полимербетонов обычно используют ненасыщенные полиэфирные смолы: полиэфирмалеинаты ПН-1 и ПН-3, полиэфирокрилаты МГФ-9 и ТМГФ-11, которые отверждаются при обычной температуре с помощью специальных катализаторов (перекиси бензоила, циклогексанона, метилэтилкетона). Усредненные характеристики полимербетонов: прочность на сжатие – 20-100 МПа; усадка линейная 0,2-1,5%; мера ползучести 0,3-0,5 кв.см/кг; пористость 1-2 %; стойкость к нагреву 100-180 °С, стойкость к старению 4-6 баллов, к воде – 6-8 баллов, к щелочам – 2-10 баллов, к кислотам – 6-10 баллов.
Гидратация, твердение и набор прочности бетона.
Структура бетона образуется в результате затвердевания (схватывания) бетонной смеси и последующего
твердения бетона. Определяющее влияние на ее формирование оказывают гидратация
цемента, его cхватывание и твердение.

ГИДРАТАЦИЯ ЦЕМЕНТА.

По современным воззрениям, в начальный период при смешивании цемента с водой в процессе гидролиза трехкальциевого силиката выделяется гидроксид кальция, образуя пересыщенный раствор. В этом растворе находятся ионы сульфата, гидроксида и щелочей, а также небольшое количество кремнезема, глинозема и железа. Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента водой, так как в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования – гидроксид кальция и эттрингит.
Приблизительно через час наступает вторая стадия гидратации, для которой характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция. Вследствие того, что в реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента, вновь образующиеся гидратные фазы, получившие название цементного геля, характеризуются очень тонкой гранулометрией, размер зерен цемента уменьшается незначительно. Новообразования в первую очередь появляются на поверхности цементных зерен. С увеличением количества новообразований и плотности их упаковки пограничный слой становится малопроницаем для воды примерно в течение 2-6 часов. Вторую стадию замедленной гидратации принято называть «скрытым или индукционным периодом» гидратации цемента.
В течение скрытого периода цементное тесто представляет собой плотную суспензию, стабилизированную действием флокулообразующих сил. Однако силы притяжения между цементными частицами в воде относительно слабы. Цементное тесто приобретает связанность и подвижность.
В течение скрытого периода происходит постепенное поглощение поверхностными оболочками цементных зерен воды, толщина водных прослоек между зернами уменьшается, постепенно понижается подвижность теста и бетонной смеси. Внутренние слои цементных зерен, реагируя с водой, стремятся расшириться.
В результате наступает разрушение гелевых оболочек, облегчается доступ воды вглубь цементных зерен, ускоряется процесс гидратации цемента.
Наступает третья стадия процесса гидратации. Она характеризуется началом кристаллизации гидроксида кальция из раствора. Этот процесс происходит очень интенсивно. Так как на этом этапе количество гидратных фаз относительно мало, то в пространстве между частицами цемента происходит свободный рост тонких пластинок гидроксида кальция, гидросиликатов кальция и эттрингита в виде длинных волокон, которые образуются одновременно. Волокна новообразований создают пространственную сеть, усиливая сцепление между гидратными фазами и зернами цемента. Число контактов между гидратными фазами увеличивается, цементное тесто схватывается, затвердевает, образуется цементный камень.
Образовавшаяся структура сначала является очень рыхлой, но постепенно она уплотняется, объем пор и их размеры уменьшаются, возрастает количество контактов между новообразованиями, утолщаются и уплотняются гелевые оболочки на зернах цемента, срастающиеся в сплошной цементный гель, с включениями непрореагировавших центров цементных зерен. В результате возрастает прочность цементного камня и бетона.
Схематически процесс преобразований, происходящих в системе цемент-вода в процессе гидратации цемента, показан на рисунке

  1. цементные зерна в воде начальный период гидратации
  2. образование гелевой оболочки на цементных зернах скрытый период гидратации
  3. вторичный рост гелевой оболочки после осматического разрушения первоначальной оболочки, образование волнистых и столбчатых структур на поверхности зерен и в порах цементного камня -третий период гидратации
  4. уплотнение структуры цементного камня при последующей гидратации цемента

Процесс гидратации развивается на границах зерен, и цементный гель растет одновременно внутрь и наружу, причем каждое зерно оказывается как бы упакованным в гель. Вода проникает через гелевую оболочку внутрь зерна, а часть компонентов гидратированного цемента диффундирует в противоположном направлении к внешним границам слоя геля, где эти компоненты присоединяются к существующим кристаллам или начинают образовывать новые. Приблизительно 55 % новообразований появляется снаружи, а 45 % остается внутри первоначальной границы цементного зерна. В процессе гидратации размеры пор в цементном камне уменьшаются, однако в геле полностью гидратированного цемента остаются внутренние пустоты, называемые порами геля.
Схема процесса структурообразования цементного камня во времени представлена на рисунке

Пористость геля составляет 28%. Если пористость выше, то это значит, что в геле еще имеются более крупные поры, в которых могут развиваться новообразования, постепенно снижая пористость геля до 28%. Наряду с порами геля в цементном камне сохраняются более крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста. Однако размеры и объем пор постепенно уменьшаются. В процессе гидратации происходит постепенное перераспределение жидкой фазы: уменьшается количество свободной или капиллярной воды, одновременно увеличивается количество химически и физико-химически связанной воды. При полной гидратации цемента в химическую связь с его минералами вступает приблизительно 2025% воды от массы цемента. Так как точные химические составы для многих компонентов цемента еще не установлены, то количество химически связанной воды определяют по массе «неиспарившейся воды» по специальной методике. Гидратированный цемент представляет собой в основном коллоидное вещество, и эта общая черта всех цементов в известной мере позволяет не учитывать различия в химическом составе каждого из них при рассмотрении физических свойств цементного теста и камня.
Гидратация цемента сопровождается изменением относительного объема его разных фаз. В процессе гидратации вода, вступая в реакцию с цементом, приобретает регулярную структуру, и общий объем системы цемент-вода уменьшается, в то время как объем твердой фазы за счет присоединения воды увеличивается

Изменение объема твердой и жидкой фазы в системе цементвода при гидратации цемента (при В/Ц<0,5):

  1. объем негидратированного цемента
  2. первоначальный объем воды
  3. объем твердой фазы гидратированного цемента
  4. объем гелевой воды
  5. объем контракционных пор
  6. объем цементного геля вместе с порами

Уменьшение объема системы цемент-вода в процессе гидратации получило название контракции. Величина контракции зависит от многих факторов: состава и тонкости помола цемента, В/Ц, вида и содержания добавок и др. По величине контракции можно следить за протеканием процесса гидратации цемента и структурообразования бетона.
По некоторым данным общее количество химически и физико-химически связанной воды при полной гидратации цемента составляет в среднем 50% от массы цемента. Поэтому, если при твердении бетона не имеется доступа воды извне, то для полной гидратации цемента необходимо, чтобы В/Ц было больше 0,5. Если цементный камень твердеет в воде, то полная гидратация цемента происходит и при меньших В/Ц, так как вода может впитываться через капиллярные и контракционные поры, частично освобождающиеся от воды в результате гидратации. Однако необходимо, чтобы объем этих пор был достаточен для размещения продуктов гидратации. Это имеет место при В/Ц>0,38. При меньших В/Ц полная гидратация цемента при любом твердении невозможна.
Т.о. при В/Ц>0.5 в бетоне всегда будут присутствовать капиллярные поры, доступные для миграции влаги, и стойкость его будет понижаться. При В/Ц=0,38-0,5 в цементном камне могут сохраниться капиллярные и контракционные поры при отсутствии притока влаги извне за счет того, что гидратация цемента не будет происходить полностью. При водном твердении эти поры частично зарастают продуктами гидратации. При В/Ц<0,38 в цементном камне отсутствуют капиллярные поры. Он весь состоит из цементного геля, но в нем обязательно сохраняются остатки негидратированного цемента. Эти остатки способствуют уплотнению материала и повышению его прочности. Изменение состава цементного камня в процессе его гидратации в зависимости от В/Ц показано на рисунке

В обычных бетонах цемент редко гидратирует полностью. При обычных сроках твердения успевает прогидратировать только часть цемента, поэтому даже при В/Ц=0,5 и выше в цементе сохраняются непрогидратировавшие зерна и значительное количество капиллярных пор. В бетоне цементный камень в результате введения заполнителя занимает только часть объема, поэтому, хотя общий характер зависимостей сохраняется, относительные их величины меньше. При изменении расхода цемента и воды пористость также изменяется. Понижение капиллярной пористости ведет к повышению прочности и стойкости бетона, поэтому на производстве стремятся готовить бетонную смесь с минимальным расходом воды, допустимым по условиям формирования конструкции или изделия. Изменение пористости бетона во времени показано на рисунке

Изменение пористости бетона в процессе твердения:

  1. общая пористость
  2. контракционная пористость
  3. пористость геля
  4. капиллярная пористость

Для практических целей часто требуется знать сроки схватывания бетонной смеси. Их определяют по изменению предельного напряжения сдвига или по скорости прохождения ультразвука.
Время от начала затворения до момента резкого возрастания прочности называется периодом формирования структуры. Его продолжительность зависит от концентрации цемента, т.е. В/Ц теста

Плотность и пористость образующейся к концу периода формирования твердой матрицы также зависят от В/Ц. Эта матрица, образованная из первичных продуктов гидратации цемента, представляет собой «первоначальный каркас», оказывающий заметное влияние на будущую структуру цементного камня.
Дальнейшее упрочнение структуры происходит за счет роста новообразований внутри сложившейся матрицы и соответствует третьей стадии гидратации. К концу периода формирования структуры цементное тесто превращается в камень, совершается довольно резкий переход от пластической прочности цементного теста к хрупкой прочности затвердевшего цементного камня.
В бетонной смеси на сроки схватывания существенное влияние оказывает заполнитель. Введенный в цементное тесто заполнитель вследствие проявления поверхностных сил сокращает период формирования структуры, причем, чем выше содержание заполнителя и его удельная поверхность, тем больше его влияние.

Зависимость периода формирования структуры цементного камня, определяемого по скорости ультразвука, от состава цементного теста и раствора:

  1. цементное тесто с В/Ц=0,3
  2. раствор на вольском песке с В/Ц=0,3 тоже с В/Ц=0,38
  3. раствор на керамзитовом песке с В/Ц=0,7

Это аналогично уменьшению В/Ц, поэтому для расчета можно условно принять, что свойства бетонной смеси определяются несколько меньшим В/Ц, чем В/Ц затворения. Определить количество воды, как бы отвлекаемой заполнителем, можно путем сравнительного определения сроков схватывания цементного теста и бетонной смеси, например, по результатам ультразвуковых испытаний. Для того чтобы достигнуть тех же сроков схватывания, какие имеет цементное тесто, необходимо увеличить количество воды в растворе или бетоне. Оказалось, что водопотребность песка или щебня, определенная из условия постоянства сроков схватывания, имеет те же значения, что водопотребность, определенная из условия равноподвижности бетонной смеси.
Бетонная смесь должна укладываться до начала схватывания. Воздействие на нее после схватывания приводит к нарушению структуры и снижению прочности бетона.
Заполнитель оказывает заметное влияние на структурообразование бетона после затвердевания бетонной смеси. Заполнитель может создавать жесткий каркас, упрочняющий структуру на первой стадии ее формирования. Наличие заполнителя существенным образом влияет и на условия твердения цементного камня. В бетоне взаимодействия цемента с водой и его твердение происходят в тонких прослойках между зернами заполнителя при постоянном взаимодействии с ним. Заполнитель повышает водоудерживающую способность цементного теста, ограничивает усадочные деформации, способствует образованию кристаллического каркаса цементного камня, влияет на изменение температуры и влажности в твердеющем цементном камне. Т.о. заполнитель оказывает существенное влияние на формирование структуры цементного камня и бетона. Это обычно учитывается при определении свойств и проектировании состава бетона.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВА БЕТОНА.

Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании, поэтому структуру бетона следует классифицировать по содержанию цементного камня и его размещению в бетоне.
Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях.
В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности. На рисунке показаны основные типы структур.

Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга. Плотная структура состоит из сплошной матрицы твердого материала, в которую вкраплены зерна другого твердого материала (заполнителя), достаточно прочно связанные с материалом матрицы. Ячеистая структура отличается тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Зернистая структура представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого материала. Пористость зернистой структуры непрерывна и аналогична пустотности сыпучего материала.
Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой, а наименьшей – с зернистой. Плотные материалы менее проницаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проницаемы, чем материалы зернистой структуры. Последние обладают, как правило, наибольшим водопоглощением.
Большое влияние на свойства материала оказывает размер зерен, пор или других структурных элементов. В этой связи в бетоне различают макроструктуру и микроструктуру. Под макроструктурой понимают структуру, видимую глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь различают крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Микроструктурой называют структуру, видимую при большом увеличении под микроскопом, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, новообразований и микропор различных размеров.
Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность.
Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция. Они создают определенную пространственную структуру, которая включает непрореагировавшую часть зерен цемента с оболочкой новообразований в виде системы глобул и межзерновое пространство, заполненное в той или иной мере новообразованиями. Цементный камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью.
Неоднородность строения обусловлена тем, что цементный камень состоит из глобул цементных зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня, т.е. то, что отдельные участки состоят из отличающихся друг от друга минералов, и в некоторых местах возможно значительное увеличение содержания отдельных компонентов по сравнению с их средним значением, определяемым физико-химическим анализом. Микроструктура и неоднородность цементного камня существенно влияют на его прочность и другие свойства.
Свойства цементного камня зависят от его минералогического состава. Изменяя минералогический состав вяжущего и условия твердения, можно получать различные типы микроструктуры цементного камня: ячеистую, зернистую, волокнистую, сотовую или сложные структуры. В технологии бетона используются различные вяжущие вещества, применяются разнообразные условия твердения бетона, что обусловливает различные типы микроструктуры цементного камня. Вблизи зерен заполнителя в результате влияния его поверхностных сил и ряда других причин микроструктура цементного камня может изменяться по сравнению со структурой основной массы, поэтому часто рассматривают особо микроструктуру и свойства контактной зоны между цементным камнем и заполнителем, выделяя ее в виде отдельного структурного элемента.
Структура бетона, как правило, изотропна, т.е. ее свойства по разным направлениям (приблизительно) одинаковы. Однако путем особых приемов формования или введения специальных структурообразующих элементов структуре бетона может быть придана анизотропность, т.е. ее свойства в одном направлении будут заметно отличаться от свойств в другом направлении.
Для различных видов бетона характерна своя структура. Для тяжелых бетонов характерна плотная структура, для легких конструктивных – плотная структура с пористыми включениями, ячеистые бетоны имеют ячеистую структуру, крупнопористые –зернистую. Подразделение на приведенные типы структур условно, в действительности структура бетона отличается большей сложностью, например, в плотной структуре тяжелого бетона цементный камень имеет значительное количество пор, в плотной структуре легкого бетона поры наблюдаются не только у заполнителя, но и в цементном камне и т.д. Однако представление о различных типах структур позволяет более четко проектировать состав бетона, используя характерные для каждого случая зависимости.
Бетоны являются искусственными каменными материалами. Известно, что прочность подобных материалов зависит от их плотности, т.к. она определяет плотность упаковки структурных элементов, объем и характер дефектов (пор, микротрещин).
Структура бетона неоднородна. Отдельные объемы материала могут значительно отличаться по своим свойствам, что оказывает заметное влияние на суммарные свойства материала. Могут различаться по свойствам не только цементный камень и заполнитель, но и отдельные зерна заполнителя друг от друга и отдельные микрообъемы цементного камня. Примером может служить изменение свойств цементного камня в контактной зоне. Сама контактная зона, как основной массив цементного камня, неоднородна, в ней содержатся более или менее дефектные места, непрореагировавшие зерна, микротрещины и другие элементы, снижающие однородность материала. Кроме того, структура и свойства бетона могут колебаться в незначительных пределах в разных изделиях и образцах, даже изготовленных из одного и того же состава. На рисунке показана элементарная ячейка структуры бетона. Наглядно видна неоднородность структуры, включающей плотный и прочный материал с разными свойствами, переходные зоны, пустоты. Неоднородность структуры обусловливает неоднородность прочности бетона по объему.

Схема структуры бетона и напряженного состояния сжатого бетонного образца показана на рисунке.

Структура бетона и схема напряженного состояния сжатого бетонного образца

  1. цементный камень
  2. щебень
  3. песок
  4. поры, заполненные воздухом и водой; «--» - сжатие;«+» -растяжение

ТВЕРДЕНИЕ БЕТОНА.

Твердение бетона при нормальной температуре. При возведении монолитных конструкций и изготовлении изделий на полигонах бетон обычно твердеет при положительной температуре 5-35 С. При достаточной влажности воздуха рост прочности бетона продолжается длительное время. В раннем возрасте рост прочности бетона будет зависеть от многих факторов: минералогического состава и тонкости помола цемента, состава бетона, В/Ц, вида и дозировки использованных химических добавок. В таблице 1 показана относительная прочность бетонов разного возраста, приготовленных при различных В/Ц. Чем меньше В/Ц, тем выше темп роста прочности бетона.

В/Ц Относительная прочность Rп/R28 при n,сут
1 3 7 28 90 360
0,4 0,24 0,48 0,7 1,00 1,15 1,38
0,5 0,17 0,43 0,66 1,00 1,19 1,47
0,6 0,11 0,37 0,64 1,00 1,21 1,55
0,7 0,08 0,33 0,63 1,00 1,35 1,67

Наиболее существенное влияние на темп твердения бетона оказывает минералогический состав цемента. По интенсивности нарастания прочности бетона при нормальной температуре современные цементы
делят на 4 типа

Тип цемента Минералогическая характеристика R90/R28 R180/R28
1 Алюминатный цемент 1…1,05 1…1,1
2 Алитовый цемент 1,05…1,2 1,1…1,3
3 Цемент со сложной минералогической характеристикой (пуццолановый, шлакопортландцемент, портланд­цемент с содержанием четырехкальциевого алюмоферрита свыше 14%) 1,2…1,5 1,3…1,8
4 Белитовый портландцемент и шлакопортландцемент при содержании шлака более 50% 1,6…1,7 1,85

Цементы 1-го и 2-го типа, обеспечивающие более быстрое нарастание прочности бетона в раннем возрасте, резко замедляют прирост прочности в длительные сроки твердения, а бетоны на цементах 3-го и 4-го типа, медленно твердеющие вначале, показывают заметный рост прочности в течение длительного времени. При благоприятных условиях прочность бетона на этих цементах к полугодовалому возрасту возрастает в 1,5-1,8 раза по сравнению с прочностью в возрасте 28 сут., причем отмечается рост прочности и в дальнейшем.
Заметное влияние на темп твердения бетона оказывают даже сравнительно небольшие колебания температуры воздуха. Поэтому при бетонировании массивных сооружений, особенно в весенне-осенний период, необходимо, по возможности, учитывать колебания температуры и ее влияние на твердение бетона. При этом необходимо учитывать, что темп нарастания прочности бетона постепенно замедляется, и его окончательная прочность будет зависеть от того, в каком возрасте происходят те или иные колебания температуры.

Большое значение для твердения бетона имеет организация ухода за ним, особенно в раннем возрасте.
Целью ухода является создание благоприятных условий для твердения бетона, сохранение надлежащей влажности среды. Для этого бетон укрывают полимерной пленкой, посыпают песком, который постоянно увлажняют, используют маты из синтетических материалов, устраивают покрывающие водные бассейны или используют другие способы, предохраняющие бетон от высыхания, чтобы избежать замедления процессов гидратации цемента и роста прочности бетона. При быстром высыхании бетона в раннем возрасте возникают значительные деформации усадки, появляются микротрещины. В результате ухудшается структура бетона, снижается его конечная прочность. Исправить структуру созданием благоприятных условий в последующем не удается, поэтому правильный уход за бетоном в раннем возрасте является необходимым условием получения доброкачественного бетона.

сухая смесь Мастертоп, сухая смесь Mastertop, пропитка Masterkure, пропитка Мастеркуреlogo

© ООО «ГОСТпол»
тел. +7 (495) 210-32-51, 210-62-09
info@gostpol.ru http://gostpol.ru
дизайн и разработка printstudio.ru