Вопрос 3 Требования к мелкому заполнителю для тяжелого бетона. Гигроскопичность бетона


2.Структурообразование бетона, основные типы структуры. Влияние различных факторов на формирование структуры и свойства бетона.

1. Бетонная смесь, структура, состояние воды, реологические св-ва. Б.с. должна обладать хорошей формуемостью и пластичностью. Б.с. присущи св-ва вязко - пластических систем. Структура хорошо перемешанной представлена твердой фазой с равномерно расположенными по пов-ти зерен ее водными прослойками. Жидкая фаза заполняет также пространства, всегда имеющие место между отдельными зернами сыпучей среды, какими я-ся цемент и заполнители. Среди этих двух основных фаз в большем или меньшем кол-ве, но практически всегда присутствует воздух, к-й вовлекается в рез-те адсорбции зернами твердой фазы или попадает при перемешивании, или образуется при несоответствии кол-ва жидкой фазы объему межзерновых пустот в твердой фазе.

Вода в б.с. находится в виде трех форм: химически связанная, физико - химически связанная, свободной не связанной воды (капилярной). Именно эта свободная вода выполняет главную роль в гидравлической смазке зерен твердой фазы, уменьшает силы трение между зернами и облегчает их перемещение при формовании изделий, вызывая пластическую текучесть б.с.

Реолгия - наука о текучести вещества - относится к разделу физико - химич-й механики и рассматривает вопросы течения и деформации деформации сплошных сред, как, например, обычной ньютоновской вязкости или аномальной вязкости жидкости, а также пластичности коллоидных и высокодисперсных систем. Способность бетонной смеси пластически деформироваться при формовании, приобретая определенную форму изделий высокой сплошности стр-ры, обусловлена наличием цементного теста. Для описания поведения б.с. в различных условиях используют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период реакции. Для полной оценки б.с. необх-мо знать др. св-ва: уплотняемость, однородность, расслаиваемость, изменение объема в процессе затвердевания, воздухововлекаемость, первоначальную прочность.

Реологические характеристики: предельное напряжение сдвига, вязкость и период релаксации. Вязкость зависит от сдвиговых деформаций, прикладываемых извне. В производственных условиях контролируют чаще всего подвижность (текучесть) смеси, Для получения реологических характеристик б.с применяют специальные приборы и вискозиметры, которые по принципу действия можно разделить на пять групп 1. Приборы, основанные на определении скорости истечения це­ментного теста или б.с ч\з капилляр, трубку или отверстие определенной формы и размера. 2. Приборы, основанные на измерении глубины проникания в ц. тесто или б.с конуса или иного тела. 3. Приборы, основан­ные на опр-нии скорости погружения шарика определенной массы и размеров (прибор Десова и др.). Испытания обычно проводят при вибриро­вании смеси 4 Приборы, основанные на измерении усилия выдергивания из смеси рифленых пластинок, стержней или ци­линдров. 5 Приборы, основанные на вра­щении коаксиальных цилиндров, между которыми находится б.с. При этом может вращаться либо внутренний, либо внешний цилиндр. При испытании замеряются частота вращения и усилие, необходимое для преодоления сопротив­ления б с. Способность структурированных систем изменять свои рео­логические свойства под влиянием механических воздействий и восстанавливать их после прекращения воздействия называется тиксотропией.

1- период при смешивании цемента с водой в процессе гидролиза трехкальцевого силиката выделяется гидрат окиси кальция, образуя перенасыщенный раствор. Примерно через 1ч наступает 2 период гадратации, для к-й характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция. В реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента. 3 период процесса гидратации характеризуется началом кристализации гидроокиси кальция из раствора. Гидросиликат кальция и эттрингит могут расти в виде длинных волокон, к-е проходят через поры и разделяют их на более мелкие, происходит формирование основной структуры цем. камня. 4 и 5 периоды процесса гидратации харак-ся замедленными реакциями, к-е продолжаются до полной гидратации цемента. В эти периоды меняется хар-р пористости цем. камня в рез-те того, что образовавшиеся поры заполняются продуктами гидратации, стр-ра затвердевшего цементного камня уплотняется, и образовавшийся ранее эттрингит может перейти в моносульфат. Время от начала затворения до момента резкого возрастание прочности называется периодом формирования стр-ры. Плотность и пористость образующиеся к концу периода твердой матрицы зависят главным образом от концентрации цемента в цементном тесте, т.е. от В/Ц теста. Большое влияние на св-ва мат-ла оказывает размер зерен, пор, или др. структурных элементов. В процессе формирования стр-ры бетона и ее последующего твердения изменяется не только прочность бетона, но и др. св-ва: пористость, тепловыделение, электропроводность и т.д. Основные типы стр-р: плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая. Плотная состоит из сплошной матрицы твердого мат-ла, в кот-ю вкраплены зерна другого твердого мат-ла. Ячеистая отличается тем, что в сплошной среде твердого мат-ла распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Зернистая представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого мат-ла. В зависимости от размера зерен различают макро- и микроструктуру. Макроструктура –структура, вилимая глазом. Основными элементами такой структуры являются крупный заполнитель и цементно-песчаный раствор. Выделяют три механизма формирования макроструктуры:1) адгезия растворной части к заполнителю выше ее когезионной прочности, 2) адгезионная и когезионная прочность примерно равны,3) адгезия растворной части к заполнителю ниже ее когезионной прочности. Микроструктура (микробетон) –видна под микроскопом. Основные элементы: непрореагировавшие зерна цемента, новообразования и микропоры различных размеров.

4. Основные св-ва бетона.(физические )

Прочность – способность сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате нагрузки или других факторов. Марки:М50-М1000. виды прочности бетона: 1) на сжатие, 2) на осевое растяжение, 3)растяжение при изгибе, 4) растяжение при раскалывании. Факторы, влияющие на прочность бетона: 1) статистические – структура бетона серии образцов неоднородна. Из-за этого вводят такие характеристики, как доверительный интервал, область нормального распределения, коэффициент вариации, 2) технологический фактор – параллельность граней образцов, их ровность и шероховатость, условия изготовления и хранения, 3) методический фактор – прочность зависит от конструкции и особенности пресса, скорости нагружения, условий взаимодействия образца и пресса, влажности бетона перед испытанием. Прочность бетона на сжатие больше в 10 раз чем при изгибе и растяжении. Это связано с тем что бетон анизотропный мат-л. Прочность при сжатии определяется на контрольных образцах. Для тяж, лег, ячеис бетонов - эталон образца кубы (15*15*15). Прочность при изгибе на образцах - балочках (15*15*60). Прочность при растяжении на образцах восьмерках

Водонепроницаемость: перемещение воды в бетон под воздействием гидростатического давления, капиллярного давления. (понижается также применением добавок и уменьшением В/Ц).

Теплопроводность: важный фактор теплопров-ти я-я объемный вес (для теплоизол-х меньше 500кг/м3, для конструктивно - теплоиз-х 1400кг/м3). Объемный вес(плотность) харак-т пористость бетона, т.е. степень насыщения объема воздухом. Способы повышения плотности: 1)тщательный подбор зернового состава заполнителя, 2) использование самоуплотняющихся бетонов, 3) использование расширяющихся цементов, 4) тонкодисперсных мин.добавок, 5) уменьшение в/ц.6) использование уплотняющих добавок, 7) уплотнение б.с. механическими способами, 8) использование пеногасителей. Морозостойкость- свойство бетона в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное замораживание-оттаивание. Разрушение происходит в результате превращения воды в лед с увеличением объема на 9%, что создает давление на стенки пор и капилляров, постепенно разрушая структуру бетона. Марка :F назначается в зависимости от условий эксплуатации. Морозостойкость зависит от порового пространства бетона, чем больше в бетоне капиллярных пор, тем больше проникновение воды и ниже морозостойкость.Теплоемкость приобретает значение при расчете теплоустойчивых констр-й. Теплоемкость бетона: 0,18-0,22 ккал/кг. Объемный вес, гигроскопичность, водопоглощение, водонепроницаемость, теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение, деформации б-на, вызываемые процессами взаимодействия вяжущего с водой и изменением влажности твердеющего бетона при изменении гигрометрич. действия среды (проницаем для радиоактивных излучений).

Гигроскопичность. Бетон способен поглощать влагу из воздуха, адсорбцирует ее пов-тью пор и капилляров. Уменьшается гигроскопичность применением гидрофобизирующих добавок.

Водопоглощение: при непосредственном контакте с водой насыщение в рез-те капиллярного подсоса, гидроскопического давления. Снижается повышением плотности и применением ПАВ.

studfiles.net

Физические свойства — ТехЛиб

ллПлотность материала является нужной характеристикой при расчете прочности сооружения с учетом собственной массы, для определения способа и стоимости перевозки материала, для расчета складов и подъемно-транспортного оборудования. По величине плотности косвенно судят о некоторых других свойствах материала. Например, для каменных материалов существует приближенная зависимость между плотностью и теплопроводностью, а для древесины и некоторых каменных материалов (известняков) — между прочностью и плотностью.

Истинная плотность — величина, определяемая отношением массы однородного материала m(кг) к занимаемому им объему в абсолютно плотном состоянии Va(м3), т. е. без пор и пустот:

Размерность истинной плотности — кг/м или г/см

Истинная плотность каждого материала — постоянная физи­ческая характеристика, которая не может быть изменена без из­менения его химического состава или молекулярной структуры.

Так, истинная плотность неорганических материалов, природ­ных и искусственных камней, состоящих в основном из оксидов кремния, алюминия и кальция, составляет 2400…3100 кг/м3, органических материалов, состоящих в основном из углерода, кислорода и водорода, — 800… 1400, древесины, состоящей в ос­новном из целлюлозы, — 1550 кг/м3. Истинная плотность метал-лов колеблется в широком диапазоне: алюминия — 2700 кг/м , стали — 7850, свинца — 11300 кг/м3.

В строительных конструкциях материал находится в естест­венном состоянии, т. е. занимаемый им объем обязательно включает в себя и поры. В этом случае для характеристики фи­зического состояния материала используется понятие средней плотности.

Средняя плотность— величина, определяемая отношением массы однородного материала т (кг) к занимаемому им объему в естественном состоянии Ve (м ):

Так как Ve > Va(равенство только в абсолютно плотных мате­риалах, не содержащих пор, — стали, стекле, воде), то всегда вы­полняется и соотношение

Большинство строительных материалов имеют поры, поэтому у них истинная плотность всегда больше средней. Лишь у плотных материалов (стали, стекла, битума и др.) истинная и средняя плотности практически равны, так как объем внутренних пор у них ничтожно мал.

Экспериментальный (прямой) метод определения пористости основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и описан ранее.

Поры представляют собой ячейки, не заполненные структурным материалом. По величине они могут быть от миллионных долей миллиметра до нескольких миллиметров.

Более крупные поры, например между зернами сыпучих материалов, или полости, имеющиеся, в некоторых изделиях (пустотелый кирпич, панели из железобетона), называют пустотами. Поры обычно заполнены воздухом или водой; в пустотах, особенно в широкополостных, вода не может задерживаться и вытекает.

Пористость стройматериалов — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала. Если известны значения средней и истинной плотности, то пористость материала, %, рассчиты­вают по формуле

Она колеблется в широких пределах: от 0,2…0,8 %—  у гранита и мрамора до 75…85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты.

  Значения средней и истинной плотности и пористости некоторых строительных материалов

 

Материал

Плотность, кг/м

Пористость. %

 

средняя

истинная

 

Гранит

2600…2700

2700…2800

0…2

Тяжелый бетон

2200…2500

2600…2700

2…25

Кирпич

1400…1800

2500…2600

25…35

Древесина

400…800

1500…1550

45…70

Пенопласт

15…100

950… 1200

90…98

Пористость материала характеризуют не только с количест­венной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и откры­тые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2…5 мм). По харак­теру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся ка­пилляры) активно поглощает воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на проч­ность материала. Строительный материал тем слабее сопротив­ляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные пока­зывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых мате­риалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень) рассчитывают насыпную плотность.

Насыпная плотность — величина, определяемая отношени­ем массы материала т (кг) к занимаемому им объему в рыхлом состоянии Vn(м ):

Величина Vnвключает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность и средняя плотность зерен , то можно рассчитать его пустотность а — относительную характеристику, выражае­мую в долях единицы или в процентах:

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры — сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Влажностные деформации — изменение размеров и объема материала при изменении его влажности. Уменьшение размеров и объема материала при его высыхании называют усадкой (усушкой), а увеличение размеров и объема при увлажнении вплоть до полного насыщения материала водой — набуханием (разбуханием). Усадка возникает и увеличивается в результате уменьшения толщины слоев воды, окружающих частицы материала, и действием внутренних капиллярных сил, стремящихся сблизить частицы материала. Набухание связано с тем, что полярные молекулы воды, проникая между частицами или волокнами, слагающими материал, как бы расклинивают их, при этом утолщаются гидратные оболочки вокруг частиц исчезают внутренние мениски, а с ними и капиллярные силы. Материалы высокопористого и волокнистого строения, способные поглощать много воды, характеризуются большой усадкой (древесина поперек волокон 30… 100 мм/м; ячеистый бетон 1…3 мм/м; кирпич керамический 0,03…0,1 мм/м; тяжелый бетон 0,3…0,7 мм/м; гранит 0,02…0,06 мм/м).

Водопоглощение — способность пористого материала впитывать и удерживать в порах капельножидкую влагу. Разли­чают водопоглощение по массе и водопоглощение по объему.

Водопоглощение по массе Wм равно отношению массы воды твн полностью насыщающей материал, к массе сухого материала т

Wм= (твн/m)*100

Водопоглощение по объему Wвн %, характеризует степень за­полнения объема материала водой. Вычисляют водопоглощение как отношение объема воды Vвн при полном насыщении материала к его объему Ve

Водопоглощение по объему можно вычислить при известных значениях водопоглощения по массе и средней плотности мате-риала, используя формулу

Водопоглощение материалов, зависящее от характера порис­тости, может изменяться в широких пределах. Значения WMсо­ставляют для гранита 0,02…0,7 %, тяжелого бетона — 2…4, кир­пича 8…20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью — 100 % и более. Водопоглощение по объему Woне превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины Woи Wмхарактеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельно­жидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала ха­рактеризуют влажностью.

Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале mв, к массе (реже — к объему) материала в сухом состоянии тс

W=(mв/m)* 100.

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины WM, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств ма­териала: повышается масса строительной конструкции, возрас­тает теплопроводность; под влиянием расклинивающего дейст­вия воды уменьшается прочность материала.

Для многих строительных материалов влажность нормирова­на. Так, влажность молотого мела — 2 %, стеновых материалов -5…7, воздушно-сухой древесины- 12…18 %.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строитель­ных материалов служит коэффициент размягчения — отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, RBк прочности при сжатии сухого материала Rc

Материалы, у которых коэффициент размягчения больше 0,75, называют водостойкими.

Водонепроницаемость— свойство материала сопротивляться проникновению в него воды под давлением. Это свойство осо­бенно важно для бетона, воспринимающего напор воды (трубы, резервуары, плотины). Водонепроницаемость бетона оценивают маркой по W (W-2…W-8), обозначающей максимальное односто­роннее гидростатическое давление, при котором стандартный образец не пропускает воду. Для гидроизоляционных материа­лов водонепроницаемость характеризуется временем, по истече­нии которого появляется просачивание воды под определенным давлением через образец материала (мастика, гидроизол).

Гигроскопичность — способность материала поглощать и конденсировать водяные пары из воздуха. Гигроскопичность вызывается сорбцией, представляющей собой физико-химический процесс поглощения водяных паров из воздуха как в результате их адсорбции на внутренней поверхности материала, так и капиллярной конденсации. Капиллярная конденсация возможна только в капиллярах с малым радиусом (менее 10~7 м), так как разность давлений насыщенного водяного пара над вогнутой поверхностью мениска и плоской поверхностью в капиллярах с большим радиусом несущественна.

Гигроскопичность зависит как от свойств материала — величины и характера пористости, так и от условий внешней среды—температуры и относительной влажности, а для сыпучих материалов также от их растворимости в воде и дисперсности и снижением температуры воздуха. Этот процесс носит обратимый характер. Гигроскопичность характеризуется величиной отношения массы поглощенной материалом влаги, при относительной влажности воздуха 100% и температуре 20 °С, к массе сухого материала, выраженной в процентах.

Капиллярное всасывание (подъем) воды пористым материалом происходит по капиллярным порам, когда часть конструкции соприкасается с водой. Например, грунтовые воды могут подниматься по капиллярам и увлажнять нижнюю часть стены здания. Капиллярными называют поры с такими условными радиусами, при которых их капиллярный потенциал (потенциальная энергия поля капиллярных сил, отнесенных к единице массы жидкости) значительно больше потенциала поля тяжести.

Капиллярное всасывание характеризуется высотой поднятия уровня воды в капиллярах материала, количеством поглощенной воды и интенсивностью всасывания.

Более точно, учитывая неправильную форму пор в материале и их изменяющееся поперечное сечение, высоту всасывания воды определяют экспериментально по методу «меченых атомов» либо по измерению электропроводности материала.

Для оперативного контроля влажности преимущественно сыпучих материалов (например, заполнителей для бетона — песка, щебня) применяют диэлькометрический и нейтронный методы. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. В нейтронном методе используется связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.

При насыщении материала водой существенно изменяются его свойства: увеличивается плотность и теплопроводность, происходят некоторые структурные изменения в материале, вызывающие появление в нем внутренних напряжений, что, как правило, приводит к снижению прочности материала.

Воздухостойкость — способность материала выдерживать циклические воздействия увлажнения и высушивания без заметных деформаций и потери механической прочности.

Многократное гигроскопическое увлажнение и высушивание вызывает в материале знакопеременные напряжения и со временем приводит к потере им несущей способности.

Влагоотдача — свойство, характеризующее скорость высыхания материала, при наличии соответствующих условий в окружающей среде (понижение влажности, нагрев, движение воздуха). Влагоотдача обычно характеризуется количеством воды, которое материал теряет в сутки при относительной влажности воздуха 60 % и температуре 20 °С. В естественных условиях вследствие влагоотдачи, через некоторое время после строительства, устанавливается равновесие между влажностью строительных конструкций и окружающей средой. Такое состояние равновесия называют воздушно-сухим (воздушно-влажным) состоянием.

Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Характеристикой водопроницаемости служит количество воды, прошедшее в течение 1 с через 1 м2 поверхности материала при заданном давлении воды. Для определения водопроницаемости используют различные устройства, позволяющие создавать нужное одностороннее давление воды на поверхность материала. Методика определения зависит от назначения и разновидности материала. Водопроницаем мость зависит от плотности и строения материала. Чем больше в материале пор и чем эти поры крупнее, тем больше его водопроницаемость.

При выборе стройматериалов для специальных целей (кровельные материалы, бетоны для гидротехнических сооружений, трубы и др.) чаще оценивают не водопроницаемость, а водонепроницаемость, характеризуемую периодом времени, по истечении которого появляются признаки просачивания воды под определенным давлением через образец испытуемого материала (кровельные материалы), или предельной величиной давления воды (Па), при котором вода не проходит через образец (например, бетон).

Паропроницаемость и газопроницаемость — способность материала пропускать через свою толщу водяной пар или газы (воздух). Паропроницаемость характеризуется коэффициентом паропроницаемости, численно равным количеству водяного пара, проникающего через слой материала толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, и разностью парциальных давлений пара в 133,3 Па. Аналогичным коэффициентом оценивается и газопроницаемость (воздухопроницаемость). Эти характеристики определяются для комплексной оценки физических свойств строительного материала или при его специальном назначении. Материалы для стен жилых зданий должны обладать определенной проницаемостью (стена должна «дышать»), т. е. через наружные стены происходит естественная вентиляция. Наоборот, стены и покрытия влажных помещений необходимо защищать с внутренней стороны от проникновения в них водяного пара, особенно зимой, когда содержание пара внутри помещения значительно больше, чем снаружи, и пар, проникая в холодную зону ограждения, конденсируется, резко повышает влажность в этих местах. В ряде случаев необходима практически полная газонепроницаемость (емкости для хранения газов и др.).

Морозостойкость — свойство материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без значительных признаков разрушения и снижения прочности. От морозостойкости в основном зависит долговечность материалов, применяемых в наружных зонах конструкций различных зданий и сооружений. Разрушение материала при таких циклических воздействиях связано с появлением в нем напряжений, вызванных как односторонним давлением растущих кристаллов льда в порах материала, так и всесторонним гидростатическим давлением воды, вызванным увеличением объема при образовании льда примерно на 9% (плотность воды равна 1, а льда — 0,917). При этом давление на стенки пор может достигать при некоторых условиях сотен МПа.

Очевидно, что при полном заполнении всех пор и капилляров пористого материала водой разрушение может наступить даже при однократном замораживании. Однако у многих пористых материалов вода не может заполнить весь объем доступных пор, поэтому образующийся при замерзании воды лед имеет свободное пространство для расширения. При насыщении пористого материала в воде в основном заполняются водой макрокапилляры, микрокапилляры при этом заполняются водой частично и служат резервными порами, куда отжимается вода в процессе замораживания.

При работе пористого материала в атмосферных условиях (наземные конструкции) водой заполняются в основном микрокапилляры за счет сорбции водяных паров из окружающего воздуха; крупные же поры и макрокапилляры являются резервными. Следовательно, морозостойкость пористых материалов определяется величиной и характером пористости и условиями эксплуатации изготовленных из них конструкций. Она тем выше, чем меньше водопоглощение и больше прочность материала при растяжении. Учитывая неоднородность строения материала и неравномерность распределения в нем воды, удовлетворительную морозостойкость можно ожидать у пористых материалов, имеющих объемное водопоглощение не более 80 % объема пор. Разрушение материала наступает только после многократного попеременного замораживания и оттаивания.

Морозостойкость характеризуется числом циклов попеременного замораживания при —15, —17 °С и оттаивания в воде при температуре около 20 °С. Выбор температуры замораживания не выше —15, —17 СС вызван тем, что при более высокой температуре вода, находящаяся в мелких порах и капиллярах, не может вся замерзнуть. Число циклов (марка), которые должен выдерживать материал, зависит от условий его будущей службы в сооружении, климатических условий и указывается в СНиПах и ГОСТах на материалы.

Марка по моро­зостойкости (F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200, F300 для каменных материалов) характеризуется числом циклов за­мораживания и оттаивания, которое выдержал материал, при допустимом снижении прочности или уменьшении массы об­разцов.

Материал считают выдержавшим испытание, если после заданного количества циклов замораживания и оттаивания потеря массы образцов в результате выкрашивания и расслаивания не превышает 5%, а прочность снижается не более чем на 15 % (для некоторых материалов на 25 %). Для определения морозостойкости иногда используют ускоренный метод, например с помощью сернокислого натрия. Кристаллизация этой соли из насыщенных паров при ее высыхании в порах образцов воспроизводит механическое    действие   замерзающей   воды, но в более сильной степени, так как образующиеся кристаллы крупнее (значительное увеличение объема). Один цикл таких испытаний приравнивается 5…10 и даже 20 циклам прямых испытаний замораживанием. С некоторым приближением о морозостойкости можно косвенно судить по величине коэффициента размягчения. Большое понижение прочности вследствие размягчения материала (больше 10 %) указывает, что в материале есть глинистые или другие размокающие частицы, что отрицательно сказывается и на морозостойкости материала.

Отношение материала к постоянному или переменному тепловому воздействию характеризуется его теплопроводностью, теплоемкостью, термической стойкостью, огнестойкостью, огнеупорностью.

Теплопроводность — сp align=»JUSTIFY»/td/spanвойство стройматериала передавать теплоту через толщу от одной поверхности к другой. Теплопроводность К [Вт/(м*°С)] характеризуется количеством теплоты (Дж), проходящей через материал толщиной 1 м, площадью 1 м2 в течение 1 с, при разности температур на противоположных поверхностях материала 1 °С.

Это свойство имеет важное значение для строительных материалов, приме­няемых при устройстве ограждающих конструкций (стен, по­крытий и перекрытий), и материалов, предназначенных для теп­ловой изоляции. Теплопроводность материала зависит от его строения, химического состава, пористости и характера пор, а также влажности и температуры, при которой происходит пе­редача теплоты.

Теплопроводность характеризуют коэффициентом тепло­проводности, указывающим, какое количество теплоты в Дж способен пропустить материал через 1 м2 поверхности при тол­щине материала 1 м и разности температур на противоположных поверхностях 1 °С в течение 1 ч. Коэффициент теплопроводно­сти, Вт/(м *°С), равен: для воздуха — 0,023; для воды — 0,59; для льда — 2,3; для керамического кирпича — 0,82. Воздушные поры в материале резко снижают его теплопроводность, а увлажнение водой сильно повышает ее, так как коэффициент теплопровод­ности воды в 25 раз выше, чем у воздуха.

С ростом температуры теплопроводность большинства строительных материалов увеличивается, что объясняется по­вышением кинетической энергии молекул, слагающих вещество материала, и определяется по формуле

где и — теплопроводность соответственно при температурах t и 0 °С; — температурный коэффициент, показывающий вели­чину приращения коэффициента теплопроводности материала при повышении температуры на 1 °С; t — температура материала, °С.

Теплоемкость — свойство материала аккумулировать теплоту при нагревании. Материалы с, высокой теплоемкостью могут выделять больше теплоты при последующем охлаждении. Поэтому при использовании материалов с повышенной теплоемкостью для стен, пола, перегородок и других частей помещений температура в комнатах может сохраняться устойчивой длительное время. Теплоемкость оценивают коэффициентом теплоемкости (удельной теплоемкостью), т. е. количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг материала на 1 °С.

Строительные материалы имеют коэффициент теплоемкости меньше, чем у воды, которая обладает наибольшей теплоемкостью [4,2 кДж/(кг*°С)]. Например, коэффициент теплоемкости лесных материалов 2,39…2,72 кДж/(кг*°С), природных и искусственных каменных материалов — 0,75…0,92 кДж/(кг*°С), стали — 0,48 кДж/(кг*°С). Поэтому с увлажнением материалов их теплоемкость возрастает, но вместе с тем возрастает и теплопроводность.

Коэффициент теплоемкости материалов используют при расчетах теплоустойчивости ограждающих конструкций (стен, перекрытий), подогрева материала при зимних работах (бетонных, каменных и т. д.), а также при расчете печей. В некоторых случаях приходится рассчитывать размеры печи, используя удельную объемную теплоемкость, которая представляет собой количество тепла, необходимого для нагревания 1 м3 материала на 1 °С.

Термическая стойкость — способность материала выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений. Это свойство в значительной степени зависит от однородности материала и коэффициента теплового расширения составляющих его веществ. Коэффициент линейного температурного расширения характеризует удлинение 1 м материала при нагревании его на 1 °С, коэффициент объемного расширения характеризует увеличение объема 1 м3 материала при нагревании его на 1 °С.

Чем меньше эти коэффициенты и выше однородность материала, тем выше и его термическая стойкость, т. е. большое количество циклов резких смен температуры он может выдержать. Так, каменные материалы из мономинеральных горных пород (мрамор) более термостойки, чем породы, сложенные из нескольких минералов (например, гранит). При жестком соединении материалов с различными коэффициентами линейного расширения в конструкциях могут возникнуть большие напряжения и, как результат, — коробление и растрескивание материала. Во избежание этого конструкции большой протяженности разрезают деформационными швами.

Огнестойкость— свойство материала выдерживать без раз­рушения воздействие высоких температур, пламени и воды в условиях пожара. Материал в таких условиях либо сгорает, либо растрескивается, сильно деформируется, разрушается от потери прочности. По огнестойкости различают материалы несгорае­мые, трудносгораемые и сгораемые.

Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию — кирпич, бетон и др. Однако некоторые несгораемые материалы — мрамор, стекло, асбестоцемент — при резком нагревании разру­шаются, а стальные конструкции сильно деформируются и те­ряют прочность.

Трудносгораемые материалы под воздействием огня или вы­сокой температуры медленно воспламеняются, но после удале­ния источника огня их тление или горение прекращается. К та­ким материалам относятся фибролит, асфальтобетон, пропитан­ная антипиренами древесина.

Сгораемые материалы под воздействием огня или высокой температуры горят и продолжают гореть после удаления источ­ника огня. Это — древесина, обои, битуминозные кровельные и полимерные материалы и др.

Предел огнестойкости — это промежуток времени (минуты или часы) от начала возгорания до возникновения в конструкции предельного состояния. Предельным состоянием считают поте­рю несущей способности, т. е. обрушение конструкции; возник­новение в ней сквозных трещин, через которые на противопо­ложную поверхность могут проникать продукты горения и пла­мя; недопустимый нагрев поверхности, противоположной действию огня, который может вызвать самопроизвольное воз­горание других частей сооружения.

Огнеупорность— свойство материала выдерживать длитель­ное воздействие высокой температуры (от 1580 °С и выше), не деформируясь и не размягчаясь. Огнеупорные материалы (ди­нас, шамот, хромомагнезит, корунд), применяемые для внутрен­ней футеровки промышленных печей, не деформируются и не размягчаются при температуре 1580 °С и выше. Тугоплавкие материалы (тугоплавкий печной кирпич) выдерживают без оп­лавления и деформации температуру 1350...1580 °С, легкоплав­кие (кирпич керамический строительный) — до 1350 °С.

Акустические свойства материалов — это свойства, связан­ные с взаимодействием материала и звука. Звук, или звуковые волны — это механические колебания, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах. Строителя интересуют две стороны взаимодействия звука и материала: в какой степени материал проводит сквозь свою толщу звук — звукопроводность и в какой мере материал поглощает и отражает падающий на него звук — звукопоглощение.

При падении звуковой волны на ограждающую поверхность звуковая энергия отражается, поглощается и проводится твер­дым телом. Отношение, характеризующее количество погло­щенной энергии Епоглк падающей Епадназывают коэффициен­том звукопоглощения α

Коэффициент звукопоглощения зависит от ряда факторов: уровня и характеристик звука (шума), свойств поглощающего материала, способов его расположения по отношению к жесткой поверхности (потолку, стене) и методов измерения.

Звукопоглощение зависит от характера поверхности и порис­тости материала. Материалы с гладкой поверхностью отражают большую часть падающего на них звука, поэтому в помещении с гладкими стенами звук, многократно отражаясь от них, создает постоянный шум. Если же поверхность материала имеет откры­тую пористость, то звуковые колебания, входя в поры, погло­щаются материалом, а не отражаются.

Сущность физического явления, происходящего при гашении звука пористым телом, заключается в следующем. Звуковые волны, падая на поверхность такого материала и проникая далее в его поры, возбуждают колебания воздуха, находящегося в уз­ких порах. При этом значительная часть звуковой энергии рас­ходуется. Высокая степень сжатия воздуха и его трение о стенки пор вызывают разогрев. За счет этого кинетическая энергия зву­ковых колебаний преобразуется в тепловую, которая рассеива­ется в среде.

Гашению звука способствует деформирование гибкого ске­лета звукопоглощающего материала, на что также тратится зву­ковая энергия; этот вклад особенно заметен в пористо-волокнистых материалах с открытой сообщающейся пористо­стью при ее общем объеме не менее 75 %.

Звукопроводность зависит от массы материала и его строе­ния. Материал тем меньше проводит звук, чем больше его масса: если масса материала велика, то энергии звуковых волн не хва­тает, чтобы пройти сквозь него, так как для этого надо привести материал в колебание.

Качество звукоизоляционных ограждений оценивают коэф­фициентом звукопроводности т, представляющим собой отно­шение количества звуковой энергии, прошедшей через преграду, к звуковой падающей энергии Епад

Придание звукоизолирующих свойств ограждению базирует­ся на трех основных физических явлениях: отражении воздуш­ных звуковых волн от поверхности ограждения, поглощении звуковых волн материалом ограждения, гашении ударного или воздушного шума за счет деформации элементов конструкции и материалов, из которых она изготовлена.

Способность отражать звуковые волны важна для наружных ограждений зданий. В этом случае для повышения отражения воздушных звуковых волн применяют массивные конструкции с гладкой наружной поверхностью.

Для внутренних помещений высокая отражающая способ­ность ограждения (перегородок) недостаточна, так как отражен­ные звуковые волны будут усиливать шум в наиболее шумном помещении. В данном случае применяют многослойные конст­рукции, в состав которых входят элементы из звукоизоляционных материалов, эффективность которых оценивается динами­ческим модулем упругости. В качестве звукоизоляционных про­кладок применяют пористо-волокнистые материалы из мине­ральной или стеклянной ваты, древесных волокон (древесно­волокнистые плиты), засыпки из пористых зерен (керамзита, шлака и др.).

Снижению уровня ударных и звуковых шумов способствуют малый динамический модуль упругости звукоизоляционных ма­териалов (до 15 МПа) и наличие воздуха в порах. В данном слу­чае снижение интенсивности звука происходит за счет деформа­ции элементов структуры звукоизоляционных материалов и час­тично — за счет звукопоглощения.

Читать по теме:
К разделу

Строительные материалы

tehlib.com

Вопрос 3 Требования к мелкому заполнителю для тяжелого бетона

Мелкий заполнитель

В качестве мелкого заполнителя для производства бетона используется песок природный, образованный в результате естественного разрушения горных пород, песок дробленый, получаемый путем дробления горной породы и отсевы камнедробления горных пород с наибольшей крупностью зерна не превышающей 5 мм.

В бетоне заполняет поры крупного заполнителя и тем самым уменьшается расход вяжущего на заполнение пор.

Песок в зависимости от значений нормируемых показателей качества (зернового состава, содержания пылевидных и глинистых частиц) подразделяют на два класса, а в зависимости от зернового состава на группы по крупности. I класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний и мелкий; II класс - очень крупный (песок из отсевов дробления), повышенной крупности, крупный, средний, мелкий, очень мелкий, тонкий и очень тонкий. Каждую группу песка характеризуют значением модуля крупности

Очень крупный песок Модуль крупности (Мк) св. 3,5;

Повышенной крупности Мк 3,0 до 3,5

Крупный Мк 2,5-3,0

Средний Мк 2,0-2,5

Мелкий Мк 1,5-2,0

Очень мелкий Мк 1,0-1,5

Зерновой состав песка определяют на стандартном наборе сит с размерами ячеек: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм.

Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц, а также глины в комках не должно превышать значений 3-10% в зависимости от крупности песка

Ограничивается содержание органических примесей..

Билет 4

  1. Вопрос 1 Понятия водопоглощения и водостойкости строительных материалов. Экспериментальные методы их определения. Пути повышения водостойкости Водостойкость

  Свойство строительного материала сохранять прочность при насыщении водой. Степень снижения прочности называется коэффициентом размягчения строительного материала и измеряется при предельном насыщении стройматериала влагой. Материалы с коэффициентом размягчения выше 0,8 называются водостойкими и применяются в местах с высокой влажностью.

Водонепроницаемость

  Это свойство стройматериалов пропускать или не пропускать через себя воду под давлением.

  1. ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ Водопоглощение характеризует способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение определяется стандартными методами согласно ГОСТ 12730.3-78 Проведение испытания

  1. Образцы (6 штук) помещают в емкость, наполненную водой с таким расчетом, чтобы уровень воды в емкости был выше верхнего уровня уложенных образцов примерно на 50 мм. Температура воды в емкости должна быть (20 ± 2) °С 2) Образцы укладывают на прокладки так, чтобы высота образца была минимальной (призмы и цилиндры укладывают на бок). 3) Образцы взвешивают через каждые 24 ч водопоглощения на обычных или гидростатических весах с погрешностью не более 0,1 %. При взвешивании на обычных весах образцы, вынутые из воды, предварительно вытирают отжатой влажной тканью. Массу воды, вытекшую из пор образца на чашку весов, следует включать в массу насыщенного образца. 4) Испытание проводят до тех пор, пока результаты двух последовательных взвешиваний будут отличаться не более чем на 0,1 %. 5) Водопоглощение в % по массе и объемы вычисляют по формулам (3), (4) соответственно.

ВОДОСТОЙКОСТЬ Водостойкостью называется способность материалов сохранять прочность в насыщенном водой состоянии.

Крз = Rнас / Rсух

где Rнас - предел прочности при сжатии образцов, насыщенных водой, МПа; Rсух - предел прочности при сжатии сухих образцов, МПа

studfiles.net

Особые виды бетона

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон классов по прочности на сжатие В 80, В115 (Ml000, Ml500) получают на основе высокопрочного порт­ландцемента, промытого песка и щебня[11].

Малоподвижные и жесткие смеси приготовляют с низкими В/Ц = 0,27-0,45 в бетоносмесителях принудительного действия (на­пример, турбинных). Для плотной укладки этих смесей при формо­вании изделий и конструкций используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование, сильное прессо­вание. Значительно облегчают уплотнение суперпластификаторы, не понижающие прочности бетона.

Высокопрочные бетоны являются, как правило, и быстротвер - деющими. Однако для ускоренного достижения отпускной прочно­сти бетона в изделиях обычно требуется тепловая обработка, которая может проводиться по сокращенному режиму. Новые особобыстрот - вердеющие цементы дают возможность обойтись без тепловой обра­ботки, так как бетон достигает нужной прочности в «естественных» условиях твердения при температуре 20-25 °С. Применение высоко­прочных бетонов взамен бетона М400 дает возможность уменьшить расход арматурной стали на 10-12% и сократить объем бетона на 10-30%.

Гидротехнический бетон предназначается для конструкций, находящихся в воде или периодически соприкасающихся с водой, поэтому он должен обладать свойствами, необходимыми для дли­тельной нормальной службы этих конструкций в данных климатиче­ских и эксплуатационных условиях.

Гидротехнический бетон должен иметь минимальную стоимость и удовлетворять требованиям по прочности, долговечности, водо­стойкости, водонепроницаемости, морозостойкости, тепловыделе­нию при твердении, усадке и трещиностойкости. Противоречивые на первый взгляд требования высокого качества и низкой стоимости можно выполнить, если выделить наружную зону массивного со­оружения, подвергающуюся непосредственному влиянию среды, и внутреннюю зону.

Бетон наружной зоны в зависимости от расположения в соору­жении по отношению к уровню воды делят на бетон подводный (на­ходящийся постоянно в воде), переменного уровня воды и надвод­ный, находящийся выше уровня воды.

В самых суровых условиях находится бетон, расположенный в области переменного уровня воды. Он многократно замерзает и от­таивает, находясь все время во влажном состоянии. Это же относит­ся к бетону водосливной грани плотин, морских сооружений (прича­лов, пирсов, молов и т. д.), градирен, служащих для охлаждения обо­ротной воды на тепловых электростанциях, предприятиях металлур­гической и химической промышленности. Этот бетон должен обла­дать высокой плотностью и морозостойкостью. Правильный выбор цемента, применение морозостойких заполнителей, подбор состава плотного бетона и тщательное производство бетонных работ обеспе­чивают получение долговечного бетона.

10 Строительные материалы

Бетон внутренней зоны массивных конструкций защищен на­ружным бетоном от непосредственного воздействия среды. Главное требование к этому бетону — минимальная величина тепловыделе­ния при твердении, так как неравномерный разогрев массива может вызвать образование трещин. Малое тепловыделение имеет шлако­портландцемент, поэтому его и применяют для внутримассивного бетона наряду с пуццолановым портландцементом; эти цементы экономичнее портландцемента и к тому же хорошо противостоят выщелачиванию Са(ОН)2. Требования к физико-механическим свой­ствам бетона внутренней зоны не столь высоки: марки по прочности Ml00, Ml50, по водонепроницаемости W2, W4.

Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимо­сти от напорного градиента, равного отношению максимального на­пора к толщине конструкций или к толщине бетона наружной зоны конструкции (при наличии зональной разрезки):

Напорный градиент

до 5

5-10

10-12

12 и более

Марка бетона по во­донепроницаемости

W4

W6

W8

W12

Для конструкций с напорным градиентом более 12 на основании опытов могут назначаться марки по водонепроницаемости выше W12.

Стойкость бетона к воздействиям среды определяется комплек­сом его свойств: морозостойкостью, малым водопоглощением, не­большими деформациями усадки.

Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от климатических условий и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года. Установлены следую­щие марки гидротехнического бетона по морозостойкости: F100, F150, F200, F300, F400, F500.

Водопоглощение гидротехнического бетона характеризуется ве­личиной капиллярного всасывания при погружении в воду образцов 28-суточного возраста, высушенных до постоянной массы при тем­пературе 105 °С. Водопоглощение бетона зоны переменного уровня воды не должно превышать 5% (от массы высушенных образцов), для бетонов других зон — не более 7%.

Линейная усадка бетона при относительной влажности воздуха 60% и температуре 18 °С в возрасте 28 сут не должна превышать 0,3 мм/м, в возрасте 180 сут — 0,7 мм/м. Предельно допустимые ве­личины набухания установлены: в возрасте 28 сут — 0,1 мм/м, 180 сут — 0,3 мм/м (по сравнению с высушенными до постоянной массы при 60 °С эталонными образцами).

Дорожный бетон

Дорожный бетон предназначен для оснований и покрытий ав­томобильных дорог и аэродромов. Покрытие работает на изгиб как плита на упругом основании, поэтому основной прочностной характе­ристикой бетона является проектная марка на растяжение при изгибе.

Крупный заполнитель (щебень, гравий, щебень из шлака) обяза­тельно проверяют на износостойкость в полочном барабане: она нормируется в соответствии с назначением бетона.

Бетон дорожных покрытий подвергается совместному действию воды и мороза при одновременном влиянии солей, использующихся для предотвращения обледенения и облегчения очистки дорог от льда. Поэтому бетон однослойных покрытий и верхнего слоя двухслойных покрытий должен иметь необходимую морозостойкость: в суровом климате — не ниже 200; в умеренном — 150; в мягком — 100.

Чтобы получить морозостойкий бетон, применяют портландце­мент М500 с содержанием трехкальциевого алюмината не более 10%, гидрофобный и пластифицированный портландцементы, а В/Ц бетона ограничивают пределом 0,5-0,55. Бетон оснований дорожных покрытий изготовляют на портландцементе М300 и М400 и шлако­портландцементе. Начало схватывания цемента должно быть не ра­нее 2 ч, поскольку дорожный бетон нередко приходится перевозить на большие расстояния.

Для декоративных целей при устройстве пешеходных перехо­дов, разделительных полос на дорожных покрытиях, парковых до­рожек, а также изготовлении элементов городского благоустройства используют цветные бетоны. Такие бетоны получают при введении в бетонную смесь щелоче - и светостойких пигментов в количестве

8.. . 10% от массы цемента (охра, мумия, сурик и др.) или примене­нии цветных цементов. В отдельных случаях используют заполните­ли, обладающие необходимым цветом, например туфы, красные кварциты, мрамор и другие окрашенные горные породы.

Жаростойкий бетон

Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агре­гатов (облицовки котлов, футеровки печей и т. п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (например, для дымовых труб). При действии высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидро­ксида кальция с образованием СаО. Оксид кальция при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескива­ние бетона. Поэтому в жаростойкий бетон на портландцементе вво­дят тонко измельченные материалы, содержащие активный кремне­зем Si02, который реагирует с СаО при температуре 700-900 °С и в результате химических реакций, протекающих в твердом состоянии, связывает оксид кальция.

Жаростойкий бетон изготовляют на портландцементе с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного шлака, шамота). Шлакопортландцемент уже содержит добавку до­менного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700 °С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого бетона, подвергающегося ки­слой коррозии (например, действию сернистого ангидрида в дымо­вых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000 °С.

Глиноземистый цемент можно применять без тонкомолотой до­бавки, поскольку при его твердении не образуется гидроксид каль­ция. Еще большей огнеупорностью (не ниже 1580 °С) обладает вы­сокоглиноземистый цемент с содержанием глинозема 65-80%; в со­четании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700 °С.

Столь же высокой огнеупорности позволяют достигнуть фос­фатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота Н3РО4, алюмофосфаты А1(Н2Р04)3 и магнийфосфаты Mg(h3P04)2. Жаро­стойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700 °С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.

Заполнитель для жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением.

Бескварцевые изверженные горные породы, как плотные (сие­нит, диорит, диабаз, габбро), так и пористые (пемза, вулканические туфы, пеплы), можно использовать для жаростойкого бетона, при­меняемого при температурах до 700°С.

Для бетона, работающего при температурах 700-900°С, целесо­образно применять бой обычного глиняного кирпича и доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, не подвержен­ные распаду.

При более высоких температурах заполнителем служат огне­упорные материалы, кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамот­ных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.

Легкий жаростойкий бетон на пористом заполнителе имеет плотность менее 2100 кг/м3, его теплопроводность в 1,5-2 раза меньше, чем у тяжелого бетона. Применяют пористые заполнители, выдерживающие действие высоких температур (700-1000 °С): ке­рамзит, вспученный перлит, вермикулит, вулканический туф.

Ячеистый жаростойкий бетон отличается небольшой массой (500-1200 кг/м3) и малой теплопроводностью.

Сборные элементы и монолитные конструкции из жаростойкого бетона широко применяют в различных отраслях промышленности: энергетической, черной и цветной металлургии, в химической и нефтеперерабатывающей, в производстве строительных материалов; используют взамен полукислых и шамотных изделий, предназначен­ных для температур 800-1400 °С, а также вместо высокоогнеупор­ных изделий при температуре выше 1400 °С.

Кислотоупорный бетон

Вяжущим для кислотоупорного бетона является жидкое стекло с полимерной добавкой. Для повышения плотности бетона вводят наполнители: кислотостойкие минеральные порошки, получаемые измельчением чистого кварцевого песка, андезита, базальта, диабаза и т. п. В качестве отвердителя используют кремнефтористый натрий (Na2SiF6), а в качестве заполнителя — кварцевый песок, щебень из гранита, кварцита, андезита и других стойких пород. После укладки с вибрированием бетон выдерживает не менее 10 сут на воздухе (без поливки) при 15-20 °С. После отвердевания рекомендуется поверх­ность бетона «окислить», т. е. смочить раствором серной или соляной кислот. Кислотоупорный бетон хорошо выдерживает действие кон­центрированных кислот; вода разрушает его за 5-10 лет, щелочные растворы разрушают быстрее. Кислотоупорный бетон применяют в качестве защитных слоев (футеровок) по железобетону и металлу.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия

Бетоны, применяемые для защиты от радиоактивных воздей­ствий, должны иметь возможно большую плотность бетона и опре­деленное содержание водорода — обычно в виде воды, связанной с вяжущим.

Вяжущим служит портландцемент или шлакопортландцемент, который выделяет при гидратации немного тепла и поэтому хорошо зарекомендовал себя в массивных защитных конструкциях.

В качестве заполнителей используют тяжелые природные или искусственные материалы. Для особо тяжелого бетона применяют в качестве заполнителя близкие по своим свойствам железные руды — магнетит (Fe304) и гематит (Fe203) с содержанием железа не менее 60%. Бурый железняк (лимонит) Fc203 nh30 позволяет значительно

293

повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне. Барито­вые руды (или барит), содержащие около 80% сульфата бария (BaS04), применяют как мелкий и крупный заполнитель.

Металлический крупный заполнитель получают из отходов ме­таллообрабатывающих заводов, мелким заполнителем служит квар­цевый или лимонитовый песок, а также чугунная дробь. Свинцовая дробь дорогая, и ее применяют при малой толщине защиты, для за­делки отверстий в конструкциях, когда требуется бетон с повышен­ными защитными свойствами. Плотность бетона на металлическом заполнителе достигает 6000 кг/м3.

Бетон должен иметь заданную марку по прочности и относи­тельно низкий модуль упругости, что позволяет снизить величину растягивающих напряжений во внешней зоне защиты, вызываемых односторонним нагревом. Кроме того, бетон, расположенный у ак­тивного корпуса реактора, должен обладать достаточной стойкостью к воздействию излучений, быть огнестойким и жаростойким даже при температурах, возможных при аварийном режиме реактора. Для массивных конструкций желательны меньшая теплота гидратации цемента и минимальная усадка бетона (для предотвращения темпе­ратурных и усадочных трещин), а также небольшая величина коэф­фициента температурного расширения.

Механические свойства особо тяжелых магнетитового, гемати­тового, лимонитового и баритового бетонов близки. Особо тяжелый бетон имеет марки по прочности М100, М200 и М300, при этом мар­ки на осевое растяжение составляют 10, 20.

В качестве дополнительной характеристики бетона, которую учитывают в расчете толщины защиты, подбирают количество свя­занной воды исходя из того, что она связывается цементом или вхо­дит в состав заполнителя (лимонита, серпентина).

Мелкозернистый бетон

Мелкозернистый бетон не содержит крупного заполнителя. Его применяют при изготовлении тонкостенных, в том числе армоце - ментных конструкций. Свойства мелкозернистого бетона характери­зуются теми же факторами, что и обычный бетон. Однако из-за от­сутствия крупного заполнителя увеличивается водопотребность бе­тонной смеси и, чтобы получить равнопрочный бетон и равнопо­движную бетонную смесь, расход цемента увеличивают на 20-40% по сравнению с обычным бетоном. Снижение расхода цемента воз-

294

можно за счет применения высокопрочного песка, суперпластифика­тора, усиленного уплотнения.

Мелкозернистый бетон имеет повышенную прочность на изгиб, хорошую водонепроницаемость и морозостойкость. Повышение эф­фективности мелкозернистого бетона возможно за счет использова­ния отходов зол ТЭС и основных шлаков литейного производства. Мелкозернистый бетон широко применяется при изготовлении си­ликатных изделий автоклавного твердения.

Серный бетон

Серный бетон представляет собой смесь сухих заполнителей — щебня, песка, минеральной муки, нагретых до 140-150 °С, и рас­плавленного серного вяжущего при температуре перемешивания 145-155 °С. Использование серы в строительстве известно с середи­ны прошлого века: в виде растворов и мастик для заливки швов каменных кладок, для заделки металлических стоек перил лестничных маршей и заделки металлических связей каменных конструкций взамен расплавленного свинца.

Процесс получения серного бетона основан на свойстве серы изменять свою вязкость при различной температуре — при 119— 122 °С сера полностью переходит из кристаллического состояния в расплав. В качестве заполнителей используют кислотоупорный це­мент, андезитовую или кварцевую муку, кварцевый песок и другие кислотостойкие минеральные наполнители. Во многих странах сер­ный бетон применяют для изготовления свай, фундаментов, емко­стей, покрытий дорог и химостойких полов.

Одним из факторов, сдерживающих широкое внедрение серного бетона в нашей стране, является его стоимость, которая выше, при­мерно в 2 раза стоимости бетона на портландцементе. Однако имеет­ся много химических предприятий, располагающих отходами, со­держащими от 25 до 80% технической серы. Также большое количе­ство серосодержащих отходов образуется при добыче серы.

Использование серосодержащих отходов для серных бетонов, с одной стороны, позволит решить проблему сырья, а с другой — ох­раны окружающей среды.

Бетон на шлакощелочных вяжущих

Шлакощелочное вяжущее представляет собой гидравлическое вяжущее вещество, получаемое на основе шлаков черной или цвет­ной металлургии, домолотых совместно с высокомодульными до­бавками феррохромового шлака, белитовых шламов, высококаль­циевых зол-уноса ТЭС (или без них), затворенных растворами ще­лочных металлов натрия или калия, дающих в водных растворах ще­лочную реакцию (жидкое стекло). Применяют заполнители из гор­ных пород, а также техногенных твердых отходов. В отличие от це­ментного шлакощелочное вяжущее активно взаимодействует с ми­неральными заполнителями. По своим свойствам бетоны на шлако­щелочных вяжущих не уступают цементным, но имеют повышен­ную жаро - и химическую стойкость.

Бетон, упрочненный волокнами

Дисперсно-армированный бетон (фибробетон) представляет собой композиционный материал, упрочненный волокнами. В нем невысокая прочность на растяжение и пластичность матрицы (бето­на) сочетается с высокомодульным волокном, обладающим высокой прочностью на разрыв. Эффективность армирования короткими во­локнами зависит от ориентации волокон к действию растягивающих усилий и при перпендикулярной ориентации составляет 40-50%, а при объемно-произвольной — лишь около 20% по отношению к па­раллельной ориентации. Волокна препятствуют развитию усадочных трещин, повышают прочность сцепления стержневой арматуры с бетоном примерно на 40%.

Волокна должны быть стойкими в щелочной среде цементного раствора или бетона. В зависимости от конструкций применяют во­локна минеральные (стеклянные — из бесщелочного стекла, базаль­товые, кварцевые и др.), металлические (преимущественно из обыч­ной или нержавеющей стали), синтетические (пропиленовые, капро­новые и др.).

Вопросы для самоконтроля

1. Бетон как композиционный материал. Влияние вида заполни­теля на структуру и среднюю плотность бетона.

2. Связь реологических и технических свойств бетонной смеси; классификация смесей по показателям удобоукладываемости.

296

3. Применение пластификаторов для регулирования удобоукла - дываемости бетонной смеси и экономии цемента.

4. Основной закон прочности бетона, его физический смысл и математическое выражение.

5. Эффективность легких бетонов (на пористом заполнителе и ячеистого) по сравнению с тяжелым бетоном.

6. Для чего нужен статистический контроль прочности бетона? Объясните основные понятия: класс прочности бетона, коэффициент вариации прочности, средний уровень прочности. Почему состав бетона определяют исходя из среднего уровня прочности?

В связи с развитием промышленности состояние окружающей среды каждый год ухудшается. Главный вопрос, который стоит перед человечеством: как уберечь природу от пагубного воздействия человека? Эта проблема касается всех сфер человеческой …

Для приготовления асфальтовых растворов и бетонов применя­ют асфальтовое вяжущее, представляющее смесь нефтяного биту­ма с тонкомолотыми минеральными порошками (известняка, доло­мита, мела, асбеста, шлака). Минеральный наполнитель не только уменьшает расход битума, но …

Деготь представляет собой густую вязкую массу черно­коричневого цвета, образующуюся при нагревании без доступа воз­духа твердых видов топлива (каменного и бурого углей, горючего сланца, торфа, древесины). В строительстве применяют главным об­разом …

msd.com.ua


Смотрите также