Ударной обработкой 12 страница

В последние годы, ведущие зарубежные компании уделяют серьезное внимание внедрению в практику так называемого Self Compacting Concrete SCC или самоуплотняющегося бетона, о преимуществах которого говорит само название материала.

В основу технологии самоуплотняющегося бетона положено использование новых высокоэффективных суперпластификаторов, так называемых гиперпластификаторов. Если действие традиционных суперпластификаторов базируется на адсорбции на цементных частицах с последующим электростатическим их отталкиванием, то действие гиперпластификаторов базируется на электростерическом принципе диспергирования (дефлокуляция, разрушение агломератов, пластификация, снижение трения компонентов цементной суспензии) за счет использования полимеров с линейно-поперечными связями двух- или трехмерной формы. Решающее преимущество этих добавок – их сильный эффект пластифицирования (эффект водоредуцирования до 30%) и высокая продолжительность его сохранения – до двух часов в зависимости от комбинации сырья и в 3…5 раз меньший расход в бетоне.

Германскими фирмами предлагаются гиперпластификаторы для самоуплотняющегося бетона на поликарбоксилат-эфирном основании Addiment FM 40, Sika ViscoGrete – 5-000 и др. Они вводятся в количестве 0,2…2,5 % от массы цемента. Добавки не содержат хлориды, обладают водоредуцирующей способностью до 30 % и ускоряют твердение бетона в раннем возрасте, благодаря редукции воды.

Необходимо отметить, что гиперпластификаторы из-за высокой стоимости приводят к существенному удорожанию бетона, поэтому они находят применение пока только в специальных бетонах.

В Белорусском национальном техническом университете были разработаны пластифицирующие добавки на основе модифицированных алифатических эпоксидных смол, действующим веществом которых являются соли нитроновых кислот. Добавки являются пластификаторами II группы и при снижении расхода воды на 14-17% повышают прочность бетона после пропаривания до 45 %.

Позже была разработана добавка суперпластификатор бетонной смеси М-1 – продукт карбоксилирования фенолоформальдегидного олигомера и другие. При введении добавки М-1 в количестве 0,4-0,8 % от массы цемента и снижении расхода воды на 15-20 % прирост прочности бетона после пропаривания составляет 15-20%.

8.4 Определение состава бетона

Правильное определение состава бетона является одной из важнейших операций в технологии бетона и железобетона.

Определение состава бетона следует производить в соответствии с требованиями СТБ 1182 с целью получения бетона в изделиях и конструкциях с прочностью и другими показателями качества, установленными нормативными документами или проектной документацией, при рациональном использовании материальных и энергетических ресурсов. При этом должны обеспечиваться заданные свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона при минимальном расходе цемента как наиболее дорогостоящем компоненте.

Исходные данные для определения состава бетона содержатся, как правило, в техническом проекте строительства и включают следующие требования: проектную прочность или класс бетона по прочности; заданную условиями работ удобоукладываемость бетонной смеси; при необходимости требования по водонепроницаемости, морозостойкости или коррозионной стойкости бетона; данные по наибольшей крупности заполнителя, длительности и режиме твердения и другим условиям производства работ.

Определение состава бетона начинают с выбора материалов для его приготовления. После этого устанавливают их характеристики, необходимые для расчета: активность и плотность цемента, плотность заполнителей в сухом состоянии, крупность зерен и показатель пустотности крупного заполнителя.

Вид и марку цемента следует выбирать с учетом технологии производства работ, условий твердения бетона, вида изделий и конструкций, условий их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности на сжатие, величины отпускной и (или) передаточной прочности бетона, реакционной способности заполнителей, требований нормативных документов и проектной документации на конкретные виды изделий и конструкций, основных положений ГОСТов 23464 и 30515.

Рекомендуемые и допускаемые марки цемента в зависимости от класса конструкционного бетона по прочности на сжатие следует принимать в соответствии с таблицей 8.1.

Таблица 8.1 Рекомендуемые и допускаемые марки цемента

Класс бетона по прочности на сжатие Марки цемента для бетона
рекомендуемые допускаемые
С8/10 - С20/25 С25/30 С30/37 С35/45 - С90/105   550, 600 500, 600 500, 550

При использовании цемента, активность которого ниже требуемой прочности бетона, может оказаться слишком большой его расход. А это приведет не только к удорожанию бетона, но и будет способствовать образованию трещин в результате усадки цементного камня. Когда активность цемента окажется излишне высока, может оказаться, что расход его будет меньше минимально допустимого значения, требуемого техническими условиями для получения бетона необходимой плотности. В этом случае для экономии цемента в бетон целесообразно вводить тонкомолотые минеральные добавки.

Выбор мелкого и крупного заполнителей в первую очередь зависит от требуемой прочности бетона. Чем выше прочность бетона, тем выше должны быть требования к качеству заполнителей. При этом стремятся использовать, как правило,

Удобоукладывамость смеси Ориентировочный расход воды, кг, при наибольшей крупности, мм
Осадка конуса, см Жесткость, сек. гравия щебня
             
10…12                
5…7                
1…3                
  8…12              
  15…20             -
  22…30             -

местные заполнители или из близко расположенных карьеров, но отбирают из них те, которые позволяют получать бетон с заданными свойствами при минимальном расходе цемента.

Состав бетона выражают либо в виде расхода составляющих в кг на 1 м3 уплотненного бетона, либо в виде соотношения этих составляющих в долях по массе с указанием водоцементного отношения (В/Ц). При этом расход цемента принимается за единицу.

Разработано множество методик определения состава бетона. Однако наибольшее распространение в странах СНГ нашел расчетно-экспериментальный метод НИИЖБа.

1. Вначале определяют водоцементное отношение бетонной смеси:

1.1 для бетона нормально-влажностного твердения или подвергаемого тепловой обработке по стандартному режиму (70% марочной прочности через 4 часа остывания)

(В/Ц)б = (0,23 Rц + 10) / (Rб+8) (8.1)

1.2 для бетона подвергаемого тепловлажностной обработке и при необходимости получения 100%-й прочности после ТВО

(В/Ц)б = (0,16Rц+7) (Rб+5,6) (8.2)

где Rц и Rб соответственно активность цемента и прочность бетона в 28-суточном возрасте, МПа.

2. Расход воды определяют по таблице 8.2

Таблица 8.2 Ориентировочный расход воды для бетонной смеси

Примечание. Если расчетный расход цемента окажется более 400 кг/м3, то расход воды повышают из расчета 10 кг на каждые 100 кг цемента.

3. По расходу воды на 1 м3 бетона и водоцементному отношению бетонной смеси определяют расход цемента на 1 м3 бетона

Ц = В / (В/Ц)б (8.3)

4. Суммарный расход заполнителей Мз+Кз – (мелкого и крупного) в кг на 1 м3 бетонной смеси

Мз+Кз = ρб.см. – Ц – В, (8.4)

Среднюю плотность бетонной смеси (ρб .см) следует принимать при заполнителе из карбонатных пород 2350 кг/м3, а из более плотных пород – 2400 кг/м3.

5. Расход мелкого заполнителя (песка) в кг на 1 м3 бетонной смеси находят с учетом массовой доли песка r, зависящей от вида и крупности зерен заполнителей, а также от расхода цемента (табл. 8.3):

Мз = (Мз+Кз) . r, (8.5)

6. Расход крупного заполнителя на 1 м3 бетонной смеси

Кз = (Мз+Кз) – Мз (8.6)

Таблица 8.3. Массовая доля мелкого заполнителя в смеси заполнителей

Расход цемента в бетоне, кг/м3 Массовая доля мелкого заполнителя в смеси заполнителей при крупности, мм
гравия щебня
           
  0,4 0,39 0,37 0,42 0,41 0,40
  0,39 0,37 0,36 0,41 0,40 0,39
  0,37 0,35 0,35 0,40 0,39 0,38
  0,35 0,34 0,34 0,38 0,37 0,36
400 и более 0,36…0,38 0,35…0,38 0,32…0,38 0,37…0,42 0,35…0,42 0,34…0,40

Пример 1. Определить состав бетона требуемой прочности в 28-суточном возрасте 19,3 МПа естественного твердения. Подвижность бетонной смеси, требуемая условиями работ, должна составить 2…5 см. Вяжущее – портландцемент ОАО «Красносельскстройматериалы» активностью 40,7 МПа. Крупный заполнитель – гравий речной плотных пород с предельной крупностью 20 мм. Мелкий заполнитель – песок овражный.

Расчет.

1. Определяем необходимое водоцементное отношение бетонной смеси

2. Расход воды принимаем по табл. 8,2. Для бетонной смеси с ОК = 2…5 см расход воды в среднем составит 170 кг.

3. Определяем расход цемента на 1 м3 бетонной смеси

Ц = 170 / 0,709 = 240 кг.

4. Определяем суммарный расход заполнителей для приготовления 1 м3 бетонной смеси. Среднюю плотность бетонной смеси принимаем равной 2400 кг/м3.

Мз+Кз = 2400 – 240 – 170 = 1990 кг.

5. Массовая доля песка в смеси заполнителей r принимаем по табл. 8.3. При гравии крупностью 20 мм и расходе цемента 240 кг r составит 0,39.

6. Определяем расход песка на 1 м3 бетона

Мз = 1990 . 0,39 = 776 кг.

7. Определяем расход гравия на 1 м3 бетона

Кз = 1990 – 776 = 1214 кг.

8. Готовится пробный замес бетонной смеси, проверяется ее подвижность и при удовлетворительном значении изготовляются контрольные образцы для определения прочности. Если удобоукладываемость оказывается меньше требуемой, то добавляют 5…10% воды от массы, использованной на пробный замес. Чтобы не изменилось В/Ц одновременно добавляют такой же процент цемента. Если удобоукладываемость выше заданной, то добавляют одновременно 5…10% песка и гравия от их расхода на пробный замес. Из бетонной смеси изготавливают бетонные образцы по ГОСТ 10180 и после двухчасовой выдержки подвергают тепловлажностной обработке по режиму 3+6+2 часа (подъем, изотермический прогрев при 800С, остывание), выдержка 4 часа и испытание. Прочность бетона после тепловой обработки должна состовлять не менее 70% от заданной. Если полученная при испытании прочность бетона отличается от заданной более чем на 15%, то изменяют В/Ц в большую или меньшую сторону.

Окончательно определенный лабораторный состав бетона, полученный для сухих материалов, пересчитывают на рабочий состав, в котором учтена влажность заполнителей. Для этого рассчитывают количество воды, содержащейся во влажных заполнителях.

Пример 2. В лабораторном составе расход сухого гравия равен 1214 кг, песка – 776 кг, воды – 170 л. Необходимо определить расход заполнителей, если влажность их по массе составляет: крупного заполнителя 2%, мелкого заполнителя 4%.

Расчет.

Масса воды, содержащейся в крупном заполнителе, равна 1214 х 0,02 = 24 л, мелком заполнителе – 776 х 0,04 = 31 л. Следовательно, расход влажного крупного заполнителя составит 1214 + 24 = 1238 кг, а мелкого заполнителя – 776 + 31 = 807 кг. При этом надо сократить расход воды с учетом того, что часть ее содержится в заполнителях: 170 – (24 + 31) =115 л.

8.5 Приготовление бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси должно обеспечить получение однородной массы и состоит из подготовки составляющих бетонную смесь материалов, их дозирования и перемешивания. По степени готовности бетонные смеси подразделяются на:

- готовые к употреблению (БСГ);

- частично затворенные (БСЧЗ);

- сухие (БСС).

Качество бетонных смесей должно соответствовать требованиям СТБ 1035. Они должны сохранять свои характеристики во времени в пределах допускаемых значений, обладать связностью, водоудерживающей способностью, не должны расслаиваться при транспортировании, укладке и уплотнении.

Подготовка составляющих бетонную смесь материалов производится в основном на соответствующих предприятиях, выпускающих те или иные материалы. В случае необходимости такие операции могут быть проведены и на месте приготовления бетонной смеси. Они включают в себя дробление заполнителей, удаление загрязняющих примесей, оттаивание и подогрев заполнителей в зимнее время, активацию цемента, приготовление растворов химических добавок и др.

Дозирование материалов осуществляется дозаторами периодического и непрерывного действия с полуавтоматическим или автоматическим управлением. При этом точность дозирования определяет точность расчета состава бетона.

Выбор способа приготовления бетонной смеси определяется ее видом и характеристикой составляющих ее компонентов. Для этих целей используются бетоносмесители периодического и непрерывного действия. Бетоносмесители периодического действия бывают двух типов: свободного падения (гравитационные) и принудительного перемешивания (рис.8.1).

Перемешивание в бетоносмесителях свободного падения достигается при вращении барабана определенной формы с корытообразными лопастями на внутренней поверхности. Лопасти захватывают составляющие бетонной смеси, поднимают их на некоторую высоту и при переходе в верхнее положение сбрасывают. В результате многократного подъема и падения составляющих обеспечивается их перемешивание. В таких смесителях готовят пластичные бетонные смеси с крупным заполнителем из плотных пород. Некоторые гравитационные смесители устанавливаются на автомашинах (автобетоносмесители).

Бетоносмесители принудительного перемешивания представляют собой стальные чаши, в которых смешивание компонентов производится вращающимися лопастями, насаженными на вертикальные валы.

На крупных централизованных растворобетонных предприятиях используются турбулентные смесители. В них сырьевые компоненты перемешиваются в различных направлениях и с большой скоростью, что позволяет получать однородные смеси за сравнительно короткий промежуток времени.

Бетонные смеси готовят, как правило, на центральных автоматизированных заводах, в бетоносмесительных цехах на предприятиях сборного железобетона либо в условиях строительной площадки. Бетонные смеси, приготовленные в стационарных условиях и предназначенные для монолитного строительства, в нашей стране и странах СНГ называют товарным бетоном, за рубежом – готовой бетонной смесью. При этом высококачественный бетон может быть получен только в условиях стационарного производства при строгом контроле качества составляющих материалов и процессов приготовления смеси.

Современный завод товарного бетона – это высокоавтоматизированное производство с минимальным количеством обслуживающего персонала, наличием диспетчерской службы и радиосвязи с автобетоновозами и строительными площадками. Применяются также и спутниковые системы управления, которые позволяют получать разнообразную информацию, в том числе топографическую о местонахождении автомиксера с цветовыми выделениями его состояния: движение в загруженном состоянии, разгрузка, возвращение на завод. Сам автомиксер оборудован датчиками фиксирующими время доставки, время простоя под разгрузкой превышение которого оплачивается дополнительно заказчиком, время начала и конца разгрузки, другая информация, в частности температура смеси и т.п.

8.6 Технологические свойства бетонной смеси

Наиболее важным свойством бетонной смеси является ее удобоукладываемость или формуемость, т.е. способность смеси принимать заданную форму, сохраняя при этом монолитность и однородность. Для оценки удобоукладываемости бетонной смеси используют такие показатели как подвижность, жесткость и связность (СТБ 1545).

Подвижность бетонной смеси характеризуется ее способностью растекаться под действием собственной массы и оценивается показателем осадки конуса (ОК) в сантиметрах и показателем диаметра растекания конуса (РК) в сантиметрах с помощью стандартного прибора-конуса (рис.8.2а,б). Жесткость (Ж) оценивается временем вибрации в секундах, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис.8.2в).

По СТБ 1544 бетонные смеси в зависимости от удобоукладываемости характеризуются марками (табл. 8.4).

Таблица 8.4. Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости

Марка по жесткости Марка по подвижности (осадке конуса) Марка по расплыву конуса
Марка Жесткость (Ж), с Марка Осадка конуса (ОК), см Марка Расплыв конуса (РК), см
СЖ3 Более 100 П1 1-4 РК-1 Менее или равно 34
СЖ2 51-100 П2 5-9 РК-2 35-41
СЖ1 41-50 П3 10-15 РК-3 42-48
Ж4 31-40 П4 16-20 РК-4 49-55
Ж3 21-30 П5 21-25 РК-5 56-62
Ж2 11-20     РК-6 Более 62
Ж1 5-10        

Если по результатам испытаний смеси осадка конуса составила 21 см и более, то подвижность следует оценивать показателем расплыва конуса.

Связность – это способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т.е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки, уплотнения и характеризуется водо- и раствороотделением (в %).

8.7 Свойства затвердевшего бетона

Основными показателями качества тяжелого бетона, как конструкционного материала, являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость, водонепроницаемость и др.

По прочности на сжатие бетоны подразделяются на классы. Класс бетона по прочности на сжатие для конструкционных бетонов это количественная величина, характеризующая качество бетона, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие, обозначаемая буквой «С» и числами: перед чертой – выражающими значение нормативного сопротивления (fck, МПа), после черты – гарантированной прочности бетона (fGс.cube, МПа). При этом нормативное сопротивление осевому сжатию (fck, МПа) устанавливается при испытании призм или цилиндров размером 150х300 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0.95, которое допускается принимать равным fck=0.8fGс.cube. Гарантированная прочность бетона на осевое сжатие (fGс.cube, МПа) определяется при осевом сжатии кубов размером 150х150х150 мм с учетом статистической изменчивости при обеспеченности 0,95, гарантируемая производителем в соответствии с действующими стандартами. Соответствие требуемому классу бетона по прочности на сжатие устанавливают, определяя гарантированную прочность бетона fGс.cube обработкой результатов испытаний по ГОСТ 18105.

В соответствии с СТБ 1544 установлены следующие классы конструкционного бетона по прочности на сжатие и нормативные сопротивления растяжению fctk,0,05 (табл. 8.5).

На бетоны, используемые для конструкций гидротехнических сооружений, мостов, транспортных тоннелей, труб под насыпями, покрытия автомобильных дорог и аэродромов и другие специальные – в соответствии с техническими условиями ГОСТ 26633 установлены классы от В5 до В75 (табл.8.5).

Таблица 8.5 Соотношение между классами и характеристиками бетона по прочности на сжатие и растяжение

  Класс бетона нормативное сопротивление бетона растяжению fctk,0,05, МПа Требуемая прочность бетона при подборе состава, МПа
  по ГОСТ 26633-91 по СТБ 1544-2005
  обозначение характеристики прочности бетона, МПа на сжатие при испытании кубов fc.тр на растяжение fct.тр
fck fGс.cube
В10 C8/10     0,85 12,9 1,2
В12,5 C10/12,5   12,5 1,0 16,1 1,4
В15 C12/15     1,1 19,3 1,5
В20 C16/20     1,3 25,7 1,8
В22,5 C18/22,5   22,5 1,4 28,9 2,0
В25 C20/25     1,5 32,2 2,1
В27,5 C22/27,5   27,5 1,6 35,4 2,2
В30 C25/30     1,8 38,6 2,5
В35 C28/35     1,9 45,0 2,6
- C30/37     2,0 47,6 2,8
В40 C32/40     2,1 51,4 2,9
В45 C35/45     2,2 57,8 3,0
В50 C40/50     2,5 64,3 3,5
В55 C45/55     2,7 70,7 3,7
В60 C50/60     2,9 77,1 4,0
- C55/67     3,0 83,8 4,2
В75 C60/75     3,1 90,0 4,3
- C70/85     3,2 102,5 4,4
- C80/95     3,4 115,0 4,7
- C90/105     3,5 127,5 4,8

Для бетонов конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию – оттаиванию, установлены следующие марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F250, F300, F400, F500, F600, F800, F1000. Марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы вусловиях стандартных испытаний по ГОСТ 10060-95 и в соответствии с требованиями нормативных документов на конкретный вид бетона.

Морозостойкий бетон может быть получен при применении морозостойких составляющих, их точной дозировки, тщательного перемешивания, уплотнения и надлежащего ухода за твердением.

Для бетонов конструкций, к которым предъявляются требования по ограничению проницаемости воды или повышенной плотности и коррозионной стойкости, установлены марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20. Марка бетона по водонепроницаемости характеризуется максимальной величиной давления воды (в атм.), при которой не наблюдается ее просачивания через образцы, изготовленные в соответствии с требованиями ГОСТ 12730.5-84.

Повысить водонепроницаемость можно как на стадии приготовления, укладки и твердения бетонной смеси, так и уже затвердевшего бетона. К первой группе способов повышения водонепроницаемости можно отнести: применение цементов более высокой активности, снижение В/Ц отношения, увеличение содержания растворной части в бетоне, создание водных условий твердения, применение химических добавок и др. Основным способом повышения водонепроницаемости затвердевшего бетона является пропитка его мономером с последующей полимеризацией.

8.8 Разновидности бетонов

Современная гамма бетонов насчитывает десятки наименований и процесс создания бетонов завтрашнего дня еще интенсивно продолжается. В многообразии названий бетонов ярко проявились не только направления их применения, но и вся палитра строительно-технических свойств: особо высокопрочные, особо высокоплотные, особо быстротвердеющие, супердолговечные, суперлегкие, кислото- и жаростойкие, радиоэкранирующие и радиационно-изолирующие, электропроводящие, биостойкие, морозостойкие и многие другие.

Рассмотрим их отдельные разновидности.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия. Такие бетоны называют еще особо тяжелые (с плотностью более 2500 кг/м3), гидратные, радиационно-защитные и лученепроницаемые.

Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают γ-лучи и нейтроны. Способность материалов поглощать γ-лучи пропорционально их плотности. А для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной плотностью, как, например, водород. Поэтому бетон является наиболее эффективным материалом для защиты от радиоактивного воздействия, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность и содержание достаточно большого количества водорода в химически связанной воде.

Для повышения плотности бетона в качестве заполнителей используют весьма тяжелые (с высокой плотностью) магнетит, лимонит, барит, серпентин, колеманит, обрезки железа, стальные гранулы и т.п. Мелкий заполнитель обычно составляют дробленый бурый железняк, кварцитовые «хвосты», чугунная дробь и др. Плотность бетона на металлическом заполнителе достигает 6000 кг/м3.

Лучшими вяжущими в таких бетонах считаются те, которые связывают большее количество воды: алюмо-шлаковый, глиноземистый и гипсоглиноземистый, расширяющийся, пуццолановый и шлакопортландцемент, каустический магнезит. Иногда в их состав вводят добавки, улучшающие защитные свойства бетона, например, карбид бора и тетрабора, хлористый литий, сернокислый кадмий и др.

Гидротехнический бетон является разновидностью тяжелых конструкционных бетонов идолжен обеспечивать длительную эксплуатацию сооружений, постоянно или периодически омываемых водой. По условиям эксплуатации различают бетон: подводный – постоянно находящийся в воде, надводный – подвергаемый лишь периодическому обмыванию водой и расположенный в зоне переменного уровня воды. Кроме того, различают бетоны наружной зоны, подвергающиеся непосредственному влиянию среды и внутренней зоны, защищенные наружным бетоном от воздействия среды. Главное требование к бетону внутренней зоны – минимальная величина тепловыделения при твердении, так как неравномерный разогрев массива может вызвать образование температурных трещин.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



double arrow
Сейчас читают про: