книги / Строительные материалы
..pdfТ А Б Л И Ц А 5.11. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ВЯЖУЩИХ ДЛЯ БЕТОНОВ МАРКИ М 200 (ПО Я. А. РЕКИТАРУ)
Вид вяжущего
Портландце
мент Шлакопортландцемснт Бесклинкерное шлаковое вя жущее
Прочность на сжатие, МПа |
|
Удельный |
|||
|
|
|
|
расход |
|
нормальные условия |
пропаривание |
запарка в ав токлаве |
|
топлива. кДж/т |
электроэнер гии, кВт-ч/т |
40 |
40 |
42 |
|
8332 |
85 |
30 |
30 |
37,2 |
|
7602 |
77 |
1 0 -2 0 |
15—25 |
о |
О |
1512 |
53 |
1 со |
|
\9 |
|
О'' |
|
Себестоимость |
100 |
|
|
82 |
& |
сл о |
|
1 |
А
• Н * яГ
с « со а а я< а>g
2 ° *t-5л v а>
<3
я
100
79
33
трачивается в 3—3,8 раза меньше топлива, чем на из весть и цемент. Эффективность производства гипсовых вяжущих по сравнению с известью и портландцементом видна из данных табл. 5.12.
Положительные свойства гипсовых изделий — малая энергоемкость технологии, небольшая средняя плотность, огнестойкость, хорошая звукоизолирующая способность, гигиеничность и декоративность — позволяют применять их в различных строительных элементах: стеновых, от делочных, акустических, теплоизоляционных.
Т А Б Л И Ц А 5.12, СРАВНИТЕЛЬНЫЕ |
ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА |
|||
ВЯЖУЩИХ (ПО А. В. ВОЛ ЖЕНСКОМУ) |
|
|
|
|
|
Расход на 1 т вяжущего |
Капиталов- |
||
|
|
|
|
|
Вяжущие |
|
топлива, |
электро |
ложения, руб. |
сырья, т |
на 1 т годовой |
|||
|
кг |
энергии, |
мощности |
|
|
|
|
кВт-ч |
|
Портландцемент |
1,6 |
150 |
100 |
38—41 |
марки 400 |
|
140 |
15 |
3 0 -2 5 |
Известь |
1,7 |
|||
Строительный гипс |
1,25 |
40 |
23 |
20—25 |
ГЛАВА 6. БЕТОНЫ
§1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О БЕТОНАХ
1.Общие сведения
Бетоны — искусственные каменные материалы, полу чаемые в результате затвердевания тщательно переме шанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, во ды, мелкого й крупного заполнителей, взятых в опреде ленных пропорциях. До затвердевания эта смесь Назы вается бетонной смесью.
Вяжущее вещество и вода ябляются активными со ставляющими бетона; в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна за полнителей.
Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цемен том и водой. Эти материалы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой це ментного камня при твердении. В лёгкйх бетонах порис тые заполнители уменьшают плотность и теплопровод ность бетона.
Для приготовления заполнителей используют преиму щественно местные горные породы и отходы производств (шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона и делает его в основном мест ным материалом, так как привозной цемент составляет
10—15% массы |
бетона, а |
заполнители и вода — 85— |
90 %. В случае |
отсутствия |
местных доброкачественных |
заполнителей для бетона их приходится привозить со специальных карьеров или заводов.
В бетон могут вводиться специальные добавки, улуч шающие свойства бетонной смеси и бетона, повышающие подвижность бетонной смеси, регулирующие сроки схва тывания, ускоряющие твердение бетона в раннем возрас те, повышающие его морозостойкость.
2. Классификация бетонов
Основную классификацию бетонов производят по плотности, зависящей, главным образом, от плотности це ментного камня, вида заполнителей и структуры бетона.
С этим связаны основные свойства бетона — прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопровод ность и др. Бетоны разделяются на пять видов:
1)особо тяжелый, содержащий такие тяжелые запол нители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), же лезные руды или барит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м3;
2)тяжелый (обычный), содержащий плотные запол нители (кварцевый, песок, щебень или гравий из плотных
каменных пород); |
плотность этого бетона |
2100— |
2б()0 кг/м3; |
|
|
3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или |
||
крупнопористый |
(беспесчаный); плотность |
1800— |
2000 кг/м3; |
|
(шлак, |
4.) легкий, содержащий пористые заполнители |
пемзу, туф и т. п.) , обычной плотной структуры или круп нопористый; его плотность 1200—1800 кг/м3 (чаще 1300—1500 кг/м3).;
5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобе тон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполни телями; плотность меньше 1200 кг/м3 (чаще 500—
800кг/м3),.
Взависимости от вида вяжущих веществ бетоны под
разделяются, на цементный, цементно-полимерный, сили катный (на извести), шлакощелочной и другие виды бе тона.
Бетон — один из основных строительных материалов. Он ценен тем, что ему можно придавать самые разнооб разные свойства, изменяя в широких пределах проч ность, плотность, теплопроводность, и изготовлять из него сборные конструкции, изделия и монолитные сооруже ния различной формы и назначения. Бетон широко ис пользуют в гражданском, промышленном, гидротехниче ском, теплоэнергетическом, дорожном и других видах строительства.
В зависимости от применения различают бетоны: обычный — для железобетонных конструкций (фундамен тов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.); гидротехнический — для плотин, шлюзов, облицовки ка
налов, |
водопроводно-канализационных |
сооружений |
|
и т. п.; бетон для стен зданий |
(главным образом, легкий |
||
бетон) |
и легких перекрытий; |
теплоизоляционный особо |
|
легкий |
(пено- и газобетон); бетон для полов, тротуаров, |
дорожных и аэродромных покрытий; специального на
значения, например кислотоупорный, жароупорный, не проницаемый для гамма-лучей и др.
Ниже подробно рассматривается тяжелый (обычный) бетон, чаще всего применяемый в промышленном, гидро техническом и дорожном строительстве.
3.Основные требования к бетонам
Взависимости от назначения бетоны должны удов-, летворять следующим требованиям:
бетоны для обычных железобетонных конструкций
должны иметь заданную прочность (главным образом, при сжатии), для сооружений, находящихся на открытом воздухе, кроме того, важна морозостойкость;
бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усад кой, малым выделением теплоты при твердении, стойко стью против выщелачивающего действия фильтрующих вод и в ряде случаев стойкостью по отношению к дейст вию минерализованных вод;
бетоны для стен отапливаемых зданий и легких пере крытий должны иметь небольшие плотность и теплопро водность; прочность в соответствии с расчетом;
бетоны для полов должны характеризоваться малой изнашиваемостью и достаточной прочностью на изгиб, а бетоны для дорожных и аэродромных покрытий — и мо розостойкостью.
Кроме того, ко всем бетонам и бетонным смесям предъявляются следующие общие требования: до за твердения бетонные смеси должны легко перемешивать ся, транспортироваться и укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостыо), не расслаивать ся; бетоны должны иметь определенную скорость твер дения в соответствии с заданными сроками распалубки изделия или конструкции; расход цемента должен быть минимальным.
Получить бетон, удовлетворяющий всем поставлен ным требованиям, можно при правильном подборе мате риалов, точном расчете состава, при механизированных, способах приготовления, укладки и уплотнения бетонной* смеси, а также при правильном уходе за уложенным бе тоном в начальный период его твердения. В этот период для ускорения твердения бетона часто применяется ис кусственная тепловлажностная обработка.
1. Выбор цемента для бетона
При выборе цемента для бетона учитывают требова ния, предъявляемые к бетону (прочность, морозостой кость, химическую стойкость и др.), а также технологию изготовления изделий. Марку цемента рекомендуется вы бирать в зависимости от проектной марки бетона при сжатии:
Марка бетона: |
M l00 |
М200 |
М250 |
МЗОО |
Марка цемента: |
300 300—400 |
400 |
400— 600 |
|
|
|
|
Продолжение |
|
Марка бетона: |
М400 |
М500 |
М600 и выше |
|
Марка цемента: |
500—600 |
600 |
|
600 |
На практике наиболее широко применяют портланд цемент марок 400—500. Приготовление бетона с исполь зованием более высокой марки цемента обеспечивает его экономию в среднем на 10—15 % при повышении марки цемента на 10 МПа.
Для изготовления морозостойких бетонов, а также бетонов, подвергающихся сульфатной коррозии, рекомен дуется применять сульфатостойкий портландцемент. Для быстротвердеющего бетона используют быстротвердеющий цемент (БТЦ).
Для бетона сборных изделий и конструкций рекомен дуется применять цементы с повышенным содержанием C3S и С3А, обеспечивающие быстрое твердение в услови ях тепловлажностной обработки, применяемой на заво дах сборного железобетона для ускорения твердения цемента.
2. Заполнители для бетона
Песок. Природный песок, применяемый для изготов ления обычного бетона, представляет собой образовав шуюся в результате выветривания горных пород рыхлую смесь зерен (крупностью 0,14—5 мм) различных мате риалов, вводящих в состав изверженных (реже осадоч ных) горных пород. При отсутствии пригодного природ ного песка изготовляют искусственный песок путем дробления твердых горных пород, но этот песок стоит гораздо дороже.
Чаще всего встречаются кварцевые пески с примесью полевого шпата, листочков слюды и зерен других мине ралов, реже — полевошпатовые, известняковые и другие пески. Кварцевые пески пригодны для бетона любых марок. Остальные пески, в особенности известняковые и ракушечные, должны быть предварительно проверены на прочность в растворе или бетоне требуемой марки.
По условиям залегания пески разделяют на речные, морские и горные (овражные).
В большинстве случаев зерна речного и морского пес ка истираются при переносе водой и имеют поэтому округлую форму. Наоборот, зерна горных (овражных) песков — остроугольные. Речные и морские пески обыч но более чистые, т. е. содержат меньше глинистых и ор ганических примесей, чем овражные. В морском песке часто имеются примеси известняковых зерен и обломков раковин, которые легко разрушаются и могут* понизить прочность бетона.
Желательно применять; песок с остроугольными зер нами, так как он лучше сцепляется с цементным камнем, придавая бетону большую прочность. В то же время этот песок должен быть как можно чище. Поскольку промывка песка сложна и дорога, обычно предпочитают речной песок. Вообще же выбор песка для бетона про изводится всегда с учетом всех его свойств и стоимости.
Для обычного бетона требования к природному песку следующие:
а) содержание в песке зерен, проходящих через сито 0*14 мм, не должно превышать 10 %, а содержание гли нистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3 % по массе. Наи более вредна примесь глины, обволакивающей зерна песка, так как она препятствует сцеплению с цементным камнем. От этой глины песок можно освободить только тщательной, промывкой;
б) органические примеси (гумусовые и др.): допуска ют только в самом небольшом количестве, так как они, в особенности органические кислоты, понижают проч ность и даже разрушают цемент. Для их определении песок обрабатывают 3 %-ным водным-раствором едкогр натра (при соотношении раствора к песку 1 :1). Полу ченный раствор с песком отстаивается в.течение 1 сут. Требуется, чтобы после обработки песка цвет его был не темнее светло-желтого. Этот метод называется :колори-
Т А Б Л И Ц А в.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗЕРНОВОГО СОСТАВА ПЕСКА (НАВЕСКА СУХОГО ПЕСКА 1000 г)
Размеры |
Частные ос |
Полные |
Размеры от |
Частные ос |
Полные |
|||
татки на ситах |
татки на ситах |
|||||||
отверстий |
остатки на |
верстий сит, |
остатки иа |
|||||
сит, мм |
г |
% |
ситах, % |
мм |
г |
% |
ситах, % |
|
|
|
|
|
|||||
2,5 |
150 |
15 |
15 |
0,3 |
200 |
20 |
70 |
|
1,25 |
150 |
15 |
30 |
0,14 |
250 |
25 |
95 |
|
0,63 |
200 |
20 |
50 |
Прошло 0,14 |
50 |
5 |
— |
|
|
|
|
|
(пыль) |
|
|
|
|
|
|
|
|
В с е г о |
— |
— |
260 |
метрическим (определение по цвету); в лабораториях изготовляют для сравнения цветной эталон.
Если песок содержит много органических примесей, то они вступают в соединение с едким натром и образу ют соли, окрашивающие раствор в различные цвета — от желтого до красного и коричневого в зависимости от содержания органических веществ. Для бетона, приме няемого в наиболее ответственных сооружениях, следует использовать пески, которые при обработке 3 %-ным раствором NaOH не дают окрашивания. При светло-жел той окраске раствора песок пригоден только для неот ветственных конструкций, а при темной окраске (темно желтой, красной или коричневой) он без промывки не пригоден, так как прочность бетона, приготовленного на таком песке, понижается более чем на 25 %•
Крупность зерен определяют просеиванием песка че рез стандартный набор сит. Сита имеют отверстия в свету: 5; 2,5; 0,63; 0,3 и 0,14 мм, т. е. размер их уменьша ется примерно в геометрической прогрессии. Наличие в песке зерен крупнее 10 мм не допускается; зерен разме ром 5—10 мм должно быть не более 5 % (по массе).
Для просеивания берут среднюю пробу сухого песка массой 1 кг. Просеивание песка начинают на самом крупном сите. На каждом сите получается остаток, кото рый выражают в процентах; эти остатки называют част ными. Частные остатки на ситах характеризуют распре
деление зерен |
песка по |
степени крупности — это так |
называемый |
зерновой |
(гранулометрический) состав |
песка. Кроме того, определяют полные остатки на ситах,
Рис. 6.1. График зернового состава песка
складывая частный остаток на каждом сите с суммой остатков на предыдущих ситах. Пример определения зернового состава песка приведен в табл. 6.1.
Для условного выражения крупности песка применяют особый термин — модуль крупности, обозначающий сум му полных остатков (в процентах на ситах стандартного набора), деленную на 100. Для приведенного в табл. 6.1 зернового состава песка модуль крупности ЛГКр=260
100 = 2,6.
Результаты просеивания песка удобно представить графически, если по горизонтали отложить размеры от верстий сит, а по вертикали — полные остатки на ситах в процентах. На графике (рис. 6.1) в виде заштрихован ной полосы указаны допустимые пределы колебаний зер нового состава песка для бетона. При оценке зернового состава песка учитывают только зерна, проходящие че рез сито 5 мм. Кривая просеивания песка, получаемая по результатам ситового анализа, должна находиться между верхней и нижней ломаными линиями. Сравнивая данные табл. 6.1 и рис. 6.1, видим, что песок, взятый для примера, обладает хорошим зерновым составом, так как укладывается в заштрихованную полосу.
Т А Б Л И Ц А 6.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕСКА
Группа песка |
Модуль крупности, |
Полный остаток на |
*ир |
енте с отверстиями |
|
|
. 0,63 мм. % |
|
Крупный |
3 ,5 —2 .5 |
50^-75 |
Средний |
2 ,5 - 2 |
. 35—50 |
Мелкий |
2— 1,5 |
2 0 - 3 5 |
В зависимости от крупности пески, пригодные для бе тона, разделяются следующим образом (табл. 6.2).
Если песок крупный, то это еще не значит, что он вполне пригоден для бетона. Крупный песок может иметь большой объем пустот, который придется запол нять цементным тестом, что невыгодно. Поэтому полная характеристика песка может быть дана только с учетом его пустотности.
Песок, отсеянный на ситах |
двух близких номеров, |
т. е. состоящий из зерен почти |
одинаковой крупности," |
имеет большую пустотность (40—42 %). При наилучшем сочетании в песке крупных, средних и мелких зерен пус тотность может уменьшаться до 30 %. В хорошем песке пустотность не должна превышать 38 %.
Если в бетоне или растворе заполнить цементным тес том только пустоты между зернами песка, то получится малоподвижная, трудная для укладки, очень жесткая смесь. Необходимо раздвинуть зерна песка и окружить их цементной оболочкой, которая создавала бы смазку, обеспечивающую подвижность растворной или бетонной смеси и скрепляла бы в дальнейшем зерна песка. Чем крупнее песок, тем меньше общая поверхность зерен и расход цемента для создания оболочек, так как суммар ная поверхность зерен, содержащихся в единице объема, обратно пропорциональна их диаметру. Однако, как ука зывалось выше, песок, состоящий только из крупных зё рен, имеет слишком большой объем пустот, и его приме нять не следует.
Для бетона наиболее пригоден в основном крупный песок, содержащий достаточное количество средних и мелких зерен. При такой комбинации зерен объем пустот будет малым и поверхность зерен небольшая. Этот оп тимальный состав песка соответствует заштрихованной полосе на рис. 6.1.
Плотность песка зависит от его истинной плотности, пустотности и влажности и определяется в сухом рых лом состоянии (называемом стандартным), для чего пе сок насыпают совком с высоты 5 см в пятилитровый ци линдрический сосуд (без встряхивания).
Песок, предназначенный для бетона марок М 200 и выше или для бетона в конструкциях, подвергающихся замерзанию в насыщенном водой состоянии, должен иметь плотность в рыхлом (стандартном) сухом состоя нии не ниже 1550 кг/м3; в остальных, более простых слу-
|
чаях |
не ниже 1400 кг/м?. |
|||||
|
При |
встряхивании |
песок |
||||
|
уплотняется, и |
плотность |
|||||
|
его |
может |
увеличиваться |
||||
|
до |
1600—1700 кг/м3. Са |
|||||
|
мый большой объем |
песок |
|||||
|
занимает |
при |
влажности |
||||
|
около 5—7%; |
с повыше |
|||||
|
нием |
или |
понижением |
||||
|
влажности |
объем |
песка |
||||
|
уменьшается |
(рис. |
6.2). |
||||
Рис. 6.2. Изменение объема песка при |
Это свойство должно учи |
||||||
его увлажнении |
тываться при его приемке |
||||||
|
и дозировке (по объему) |
||||||
|
для приготовления бетона. |
||||||
|
|
Гравий. Гравием назы |
|||||
|
вают |
рыхлый |
материал, |
||||
|
образовавшийся в резуль |
||||||
|
тате естественного разру |
||||||
|
шения (выветривания)гор |
||||||
|
ных пород. Гравий состоит |
||||||
|
из более или менее ока |
||||||
|
танных |
зерен |
размером |
||||
|
3—70 мм. В нем могут со |
||||||
Рис. 6.3. График зернового состава |
держаться |
зерна высокой |
|||||
гравия и щебня |
прочности, |
например гра |
|||||
|
нитные, и слабые зерна пористых известняков. Гравий обычно содержит примеси пыли, глины, иногда и органических веществ, а также песка. При большом содержании песка такой материал называют песчано-гравийной смесью, или гравилистым песком.
В зависимости от происхождения различают гравий овражный (горный), речной и морской. Овражный (горный) гравий обычно загрязнен примесями, речной и морской — более чистые. Зерна морского и речного гра вия вследствие истирания водой обычно имеют округлую форму, иногда со слишком гладкой поверхностью, не да ющей прочного сцепления с цементным раствором, что понижает прочность бетона. Зерна овражного (горного) гравия более остроугольные.
Наиболее выгодна малоокатанная (щебневидная) форма зерен, хуже — яйцевидная (окатанная), еще ху же — пластинчатая или лещадная с шириной, в три и