Строительные материалы

Плитки сортируют по типам, сортам, размерам, цвету и хранят в закрытых помещениях.

Коврово-мозаичные облицовочные плитки изготовляют методом литья. По ленте конвейера движутся керамические пористые подставки (формы), в которые поочередно заливаются три слоя шликера: разделительный, основной и глазурный. Пористые подставки впитывают воду из шликера. Окрепшую массу разрезают на плитки заданной величины роликовыми ножами, затем сушат и обжигают в совмещенной щелевой печи-сушилке.

Коврово-мозаичные литые плитки выпускают 20 типоразмеров: квадратные со сторонами 25, 35, 50, 75, 100 и 125 мм и прямоугольные 25х100 мм и т. д., толщина их 2,5 мм. Их лицевая поверхность различных цвета и фактуры.

Наборные ковры из плиток применяют для облицовки панелей одновременно с их изготовлением, а также для отделки интерьера и т. д.

Керамические плитки для полов изготовляют из глиняной массы с отощающими добавками и окрашивающими примесями или без них путем прессования и последующего обжига до спекания. Полы из керамических плиток водонепроницаемы, хорошо сопротивляются истирающим усилиям, легко моются, долговечны, кислото- и щелочестойки. Недостатками полов из керамических плиток являются большая теплоусваеваемость, низкая сопротивляемость ударам и высокая трудоемкость настила.

Полы из керамических плиток устраивают в вестибюлях общественных зданий, в банях, прачечных, санитарных узлах, производственных помещениях некоторых предприятий и др.

Керамические плитки для полов выпускают двух видов: керамические крупные плитки и мозаичные плитки. Керамические крупные плитки по форме бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, четырехгранные (половинки шестигранных), пятигранные и восьмигранные. Размер плиток (длина граней) 50-150, толщина 10-13 мм. По виду лицевой поверхности различают плитки гладкие, шероховатые и тисненые. Обратную (тыльную) сторону плиток делают рифленой. Плитки бывают одноцветные и многоцветные. Водопоглощение плиток не должно превышать 4 %, а потеря в массе при истирании должна быть не более 0,1-0,25 г/см³.

Керамические плитки упаковывают в пачки и хранят в закрытых складских помещениях.

При устройстве пола плитки крепят к основанию цементным раствором или битумными мастиками.

В последние годы новый вид керамических плиток - крупноразмерные плитки (200х200х11 мм) с сериографическим нанесением рисунка широко применяют для настилки полов в различных помещениях общественных зданий.

Мозаичные плитки квадратные и прямоугольные со сторонами 23 и 48 мм изготовляют толщиной 6 и 8 мм. Цвет плиток может быть белым, желтым, красным, серым и др. Водопоглощение их до 4%. Мозаичные плитки на заводе наклеивают водорастворимыми клеями на квадратные листы крафт-бумаги с раскладкой по определенному рисунку. Листы с наклеенными плитками упаковывают в пачки до 10 шт. в каждой и хранят в закрытых помещениях, не допуская пересыхания или размягчения клея. Различные варианты рисунков пола можно получать путем резки листов на части и соединения этих частей в различных комбинациях.

Применение ковров из мозаичных плиток дает возможность значительно снизить трудоемкость настилки полов, а частые швы делают полы менее скользкими по сравнению с полами из крупных керамических плиток.

Керамические материалы и изделия специального назначения

Глиняная черепица представляет собой кровельный материал, получаемый из легкоплавких глин путем формования сырца, сушки его и последующего обжига. В настоящее время керамические заводы выпускают черепицу нескольких видов: пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую.

Черепица как кровельный материал прочна, долговечна и огнестойка. Кровля из нее не требует частых ремонтов. Недостатки черепичной кровли - большая масса, необходимость устройства значительных уклонов для стока воды, а также большая трудоемкость возведения. Черепицу применяют обычно в малоэтажном строительстве.

Канализационные и дренажные трубы. Канализационные трубы изготовляют из огнеупорных или тугоплавких глин. Формуют трубы вместе с раструбом на трубных прессах. После сушки на внутреннюю и наружную поверхности труб наносят глазурь и обжигают. Наличие тонкого слоя глазури предопределяет водонепроницаемость и высокую стойкость труб к воздействию кислот и щелочей. Канализационные трубы выпускают внутренним диаметром 150-600 и длиной 800-1200 мм. Высокая химическая стойкость керамических труб позволяет широко применять их для отвода промышленных вод, содержащих щелочи и кислоты.

Дренажные трубы - керамические неглазурованные изделия с гладкой поверхностью и сквозными канавками или прорезями для повышения водопроницаемости. Длина их до 500, внутренний диаметр 25-250 мм. Трубы должны иметь правильную цилиндрическую форму, гладкую внутреннюю поверхность, обладать достаточной механической прочностью. Сырьем для их производства служат легкоплавкие глины и суглинки. Дренажные трубы используют для осушения заболоченных земель, а также для понижения уровня грунтовых вод.

Кислотоупорные изделия в отличие от обычных керамических изделий имеют черепок повышенной плотности, а также высокие механическую прочность и термостойкость. Они способны выдерживать длительное воздействие концентрированных кислот и щелочей. К этой группе керамических изделий относят кислотоупорный кирпич, кислотоупорные и термокислотоупорные плитки и кислотоупорные трубы.

Кислотоупорный кирпич изготовляют в виде прямоугольного параллелепипеда размером 230х113х65 мм и клиновидным. Применяют его для кладки фундаментов химических аппаратов, футеровки аппаратов и газоходов, настилки полов и сточных желобов предприятий химической и целлюлозно-бумажной промышленности.

Кислотоупорные и термокислотоупорные плитки могут быть квадратными, прямоугольными и клиновидными со стороной размером от 50 до 200 мм и толщиной от 10 до 50 мм. Кислотоупорные плитки употребляют для футеровки аппаратов, газоходов и сточных желобов, для устройства полов в цехах с агрессивными средами, а термокислотоупорные, кроме того, - для футеровки варочных котлов.

Кислотоупорные трубы имеют плотный спекшийся черепок; наружную и внутреннюю стороны труб покрывают кислотостойкой глазурью. Применяют их на предприятиях химической промышленности.

Санитарно-технические изделия. Санитарно-технические изделия - раковины, умывальники, унитазы, смывные бачки и т. д. изготовляют в основном из беложгущихся фаянсовых или полуфарфоровых масс, в состав которых входят каолин, огнеупорная глина, кварц, шамот. Формуют изделия методом литья в гипсовые формы. После извлечения из форм изделия сушат, глазуруют и обжигают. Санитарно-технические изделия должны иметь правильную форму, ровную, гладкую и чистую поверхность, равномерно покрытую глазурью. Их применяют для оборудования кухонь, санитарных узлов и специальных помещений (лабораторий, парикмахерских и др.).

Пористые керамические заполнители. Основными видами искусственных пористых керамических заполнителей для легких бетонов являются керамзит и аглопорит.

Керамзит - легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге глинистых легкоплавких пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до 1050-1300⁰С. Вспучивающими агентами являются газы, которые выделяются при разложении различных веществ, содержащихся в исходном сырье. Вспучиваемость глинистого сырья можно повысить добавлением в сырьевую шихту тонкомолотого угля, опилок, рыхлой железной руды, пиритовых огарков и др.

Процесс изготовления керамзита состоит из следующих основных операций: добычи глинистого сырья, его складирования и доставки к месту производства; переработки сырья и приготовления исходного полуфабриката в виде гранул, обжига гранул; охлаждения керамзита; сортировки и (при необходимости) дробления заполнителя; складирования и выдачи готового продукта. В качестве формующих машин для изготовления гранул используют дырчатые вальцы и барабанные грануляторы, а также ленточные прессы, у которых выходное отверстие мундштука перекрыто перфорированной перегородкой и имеется специальное устройство для резки выходящих жгутов. Подсушивают сырец в сушильном барабане. Обжигают керамзит в большинстве случаев во вращающихся печах длиной 12-40 и диаметром 1,2-2,5 м. Длительность обжига керамзита во вращающейся печи 25-45 мин.

Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, плотностью и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят наследующие фракции: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от насыпной плотности гравий делят на марки 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Предел прочности при сжатии керамзитового гравия в зависимости от его марки 0,3 - 5,5 МПа. Водопоглощение керамзитового гравия 15 - 25%, морозостойкость должна быть не менее 15 циклов.

Керамзит применяют также в качестве теплоизоляционного материала (в виде засыпок).

Аглопорит представляет собой пористый кусковой материал, получаемый спеканием (агломерацией) гранул из смеси глинистого сырья с углем. Спекание гранул происходит за счет сгорания угля, содержащегося в сырьевой шихте. Одновременно с выгоранием угля вся масса частично вспучивается. При изготовлении аглопорита влажное глинистое сырье смешивают с молотым углем, гранулируют и подают в агломерационную установку. Продолжительность агломерации 25 - 45 мин. Пористую легкую глыбу аглопорита после охлаждения дробят на щебень с последующей сортировкой на фракции.

Насыпная плотность аглопоритового щебня 300 - 1000 кг/м³, прочность 0,3 - 3 МПа. Содержание в аглопорите несгоревшего угля обычно не превышает 3%, что вполне допустимо для применения его в качестве заполнителя для легких бетонов.

Огнеупорные материалы характеризуются способностью при эксплуатации в промышленных тепловых установках длительное время выдерживать различные механические и химические воздействия при температуре выше 1500⁰С. По степени огнеупорности эти материалы разделяют на : огнеупорные (1580-1770⁰С), высокоогнеупорные (1770-2000⁰С), высшей огнеупорности (выше 2000⁰С). Огнеупорные материалы изготовляют в виде кирпича, блоков, плит и различных фасонных элементов путем прессования, сушки и обжига.

В зависимости от химико-минералогического состава огнеупорные материалы разделяют на : кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезитовые, хромистые и углеродистые. Наиболее распространены в строительстве кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупоры.

Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры изготовляют из кварцитов или кварцевого песка с добавкой глины. Огнеупорность динасовых материалов 1710 - 1750⁰С, предел прочности при сжатии 15 - 35МПа. Динасовые огнеупоры широко применяют для кладки и футеровки наиболее ответственных частей различных промышленных печей (мартеновских, коксовых, электроплавильных, стекловаренных и др.), которые подвергаются одновременному воздействию высоких температур и значительных нагрузок.

Алюмосиликатные огнеупоры получают из огнеупорных глин и каолинов, отощенных шамотом или различными кварцевыми добавками. В зависимости от содержания SiO2 и Al2O3 в обожженном продукте алюмосиликатные огнеупоры разделяют на : полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Сырьем для полукислых огнеупоров служат в основном естественные отощенные глины. Огнеупорность их 1610 - 1710⁰С, предел прочности при сжатии не менее 10 МПа. Полукислыми огнеупорами футеруют вагранки, коксовые печи, стеклоразливочные ковши и пр.

Для изготовления шамотных огнеупоров используют смесь огнеупорной глины и шамота. Огнеупорность их 1710 - 1730⁰С, предел прочности при сжатии 10 - 12МПа. Шамотные огнеупоры, кроме того, щелочестойки. Используются они для кладки доменных печей, стен и пода керамических печей, футеровки топок паровых котлов и т.д.

Высокоглиноземистые огнеупоры изготовляют из сырья (боксита, корунда и др.) с содержанием Al₂О₃ более 45%. Огнеупорность их обычно 1770 - 2000⁰С. Применяют высокоглиноземистые огнеупоры в стекольной промышленности для кладки печей.

БЕТОНЫ

Общие сведения о бетонах и их классификация

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь указанных компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода - активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень - бетон.

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.

Классификация бетонов

По плотности бетоны подразделяют на:

1. особо тяжелые - более 2500 кг/м^З;4

2. тяжелые - 1800 - 2500 кг/м^З;

3. легкие -500 - 1800 кг/м^З;I

4. особо легкие (теплоизоляционные) - менее 500 кг/м^З.

По виду применяемого вяжущего вещества бетоны разделяют на:

1. цементные (приготовляемые на клинкерных цементах - портландцементе, шлакопортландцементе, пуццолановом портландцементе и др.);

2. силикатные автоклавного твердения (на известково-песчаном, известково-шлаковом и других вяжущих);

3. гипсовые (на гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих);

4. асфальтобетоны(на битумном вяжущем);

5. полимерцементные бетоны и полимербетоны (на синтетических смолах).

В зависимости от структуры бетоны разделяют на:

1. бетоны плотной структуры, у которых все пространство между зернами заполнителя занимают затвердевшее вяжущее и поры вовлеченного в него воздуха;

2. бетоны поризованной структуры, пространство между зернами заполнителя которых заполнено затвердевшим вяжущим и поризованным пено- или газообразователем;

3. ячеистые бетоны, состоящие из затвердевшего вяжущего и кремнеземистого компонента и пор равномерно распределенных и образованных газо- или пенообразователями;

4. бетоны крупнопористой структуры, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелкими заполнителями и затвердевшими вяжущими.

По назначению бетоны подразделяют на:

1. конструкционные - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.);

2. гидротехнические - для возведения плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

3. бетон для стен зданий и легких перекрытий,

4. дорожный - для устройства дорожных и аэродромных покрытий;

5. специальные - химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особотяжелые для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и др.

Материалы для тяжелого бетона

Цемент. Для тяжелых бетонов рекомендуются следующие марки цементов:

Марка бетона	М100	М150	М200	МЗОО	М400	М500	М600
Марка цемента	300	300	400	400	500	500-600	600

В случаях когда марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, следует применять микронаполнители - измельченные горные породы (известняки, доломиты и др.) или промышленные отходы (доменные и топливные шлаки, золы и др.).

Вода. Применяют воду, не содержащую вредных примесей (сульфаты, минеральные и органические кислоты, жиры, сахар и др.), препятствующих нормальному схватыванию и твердению бетона. Использовать промышленные, сточные и болотные воды для затворения и поливки бетона не рекомендуется.

Песок. В качестве мелкого заполнителя для тяжелого бетона используют природный песок крупностью от 0,14 до 5мм.

Природные пески разделяются наречные, морские и горные (овражные). Речные и морские пески имеют округлую форму зерен; горные содержат остроугольные зерна, что обеспечивает их лучшее сцепление с бетоном. Однако горные пески обычно больше загрязнены вредными примесями, чем речные и морские.

Искусственные пески получают дроблением твердых и плотных горных пород, а также отвальных металлургических шлаков. Дробленые пески имеют высокую стоимость, и поэтому, их применяют для обогащения мелкого природного песка в бетоне.

По зерновому составу пески делят на крупные, средние, мелкие и очень мелкие

В песке для бетонов и растворов не допускается наличие зерен размером более 10 мм, а зерен размером 5-10 мм не должно быть более 5 % по массе. Количество мелких частиц, прошедших через сито с отверстиями 0,14 мм, не должно превышать 10%.

Глинистые и пылевидные частицы, органические примеси, сернистые и сернокислые соединения являются вредными примесями в песке.

Глинистые и пылевидные частицы увеличивают суммарную поверхность заполнителя, при этом повышается водопотребность бетонной смеси, вследствие чего снижается прочность бетона. Кроме того, глинистые примеси, обволакивая тонким слоем зерна песка, ухудшают сцепление их с цементным камнем и снижают прочность бетона. Органические примеси (остатки растений, перегной и т. п.) снижают прочность цементного камня и могут явиться источником его разрушения. Сернистые и сернокислые соединения (гипс, серный колчедан и др.) способствуют коррозии бетона.

Крупный заполнитель: для тяжелого бетона это гравии или щебень.

Гравий - рыхлая смесь зерен округлой формы размером 5-70 мм, образовавшихся в результате естественного разрушения (выветривания) твердых , горных пород. Гравий может быть горным (овражным), речным и морским. Горный гравий имеет шероховатую поверхность и содержит обычно примеси песка, глины, пыли и органических веществ. Речной и морской гравий чище горного, но зато с гладкой поверхностью, что ухудшает сцепление с цементно-песчаным раствором. Для улучшения сцепления его можно дробить на щебень.

Щебень - рыхлая смесь, получаемая дроблением больших кусков различных твердых горных пород, а также кирпичного боя, шлаков и др. Полученную смесь зерен различных размеров (5 - 70 мм) подвергают рассеву на отдельные фракции.

В зависимости от размера зерен гравий и щебень подразделяют на фракции 5-10, 10 - 20, 20 - 40 и 40 -70мм. В каждой фракции гравия или щебня должны быть зерна всех размеров - от наибольшего до наименьшего для данной фракции.

Для приготовления бетона более экономичен предельно крупный гравий или щебень, так как при этом снижается расход цемента. Но наибольший размер зерен крупного заполнителя должен быть не более 1/3 наименьшего размера бетонируемой конструкции или не более 3/4 наименьшего расстояния между стержнями арматуры. При бетонировании плит допускается применение до 50 % зерен крупного заполнителя наибольшей крупности, равной половине толщины плиты. Содержание зерен крупнее установленного наибольшего размера допускается не более 5% по массе гравия или щебня.

Содержание в гравии или щебне лещадных или игловидных зерен не должно превышать 15 % по массе.

Для тяжелых бетонов следует применять щебень, получаемый из горных пород, имеющих прочность в 1,5 - 2 раза выше заданной марки бетона. Содержание в щебне зерен слабых, выветрившихся пород не должно превышать 10%по массе. Проверяется также морозостойкость гравия и щебня.

Окончательно пригодность гравия или щебня для бетона требуемой марки устанавливают по результатам испытания бетона на данном заполнителе.

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь - это перемешанная смесь цемента, заполнителей, воды и в необходимых случаях добавок. Свойства бетонной смеси в значительной мере предопределяют качество и свойства полученного из нее бетона. Бетонная смесь должна быть удобоукладываемой, кроме того, она должна иметь связность.

Удобоукладываемостъ характеризует способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием силы тяжести или в результате внешних механических воздействии. Это свойство бетонной смеси оценивают подвижностью или жесткостью.

Подвижность бетонной смеси - способность ее растекаться под действием собственной массы. Степень подвижности бетонной смеси оценивают величиной осадки (в см) стандартного конуса, сформованного из данной смеси. Чем больше осадка конуса, тем более подвижна бетонная смесь (рис 1).

Рис.1. Измерение осадки бетонного конуса

Жесткость бетонной смеси - способность ее растекаться и заполнять форму под действием вибрации. Величина жесткости бетонной смеси характеризуется временем вибрации (в секундах), необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости (рис.2).



Рис.2. Прибор для определения жесткости бетонной смеси

Для определения жесткости бетонной смеси прибор собирают на виброплощадке в следующей последовательности: сначала жестко закрепляют цилиндрическое кольцо прибора 1, в которое вставляют конус 3, закрепляют его ручками 2, заводя их в пазы в пазы кольца и устанавливают воронку 4. Затем конус заполняют бетонной смесью через воронку в три слоя одинаковой высоты. Каждый слой уплотняют штыкованием металлическим стержнем, погружая его в каждый слой 25 раз. Затем поворотом штатива 5 диск 8 помещают над сформованным конусом бетонной смеси и плавно опускают на поверхность конуса. Зажимным винтом закрепляют штатив в фиксирующей втулке 7, после чего одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска 8. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время и характеризует жесткость бетонной смеси.

Иногда для определения жесткости бетонной смеси допускается применение других приборов, например, технического вискозиметра (Рис. 3).



Рис. 3. Технический вискозиметр

а - общий вид; б - разрез; 1 - сосуд; 2 - внутреннее кольцо;3 - бетон; 4 - диск со штангой; 5 - штатив.)

С увеличением содержания воды подвижность бетонной смеси возрастает, однако прочность бетона снижается. Избыточная вода со временем испаряется и образует в цементном камне поры, что снижает плотность и прочность бетона.

С повышением содержания цементного теста увеличивается подвижность смеси, но прочность бетона остается практически неизменной.

С повышением содержания песка сверх оптимального, вследствие увеличения суммарной поверхности заполнителей, снижается подвижность бетонной смеси.

Подвижность бетонной смеси значительно возрастает за счет введения в нее органических пластифицирующих вдобавок - сульфитно-дрожжевой барды (СДБ) и химических добавок - суперпластификаторов (С-3, 10-03 и др.).

Жесткие смеси более экономичны по расходу цемента, чем пластичные. По - этому подвижность бетонной смеси назначают возможно более низкой, но в то же время она должна обеспечивать хорошую укладку и уплотнение смеси.

Связность (нерасслаиваемостъ) характеризует способность бетонной смеси не расслаиваться при транспортировании, выгрузке и укладке. При отсутствии связности подвижная бетонная смесь представляет собой лишь механическую смесь воды и твердых составляющих, которая легко расслаивается, теряет однородность и становится непригодной к укладке в форму. Связность бетонной смеси обеспечивают правильным выбором состава бетона, и в первую очередь необходимым количеством цементного теста.

Основные свойства бетона

Прочность при сжатии является основным показателем механических свойств бетона. Она определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из данной бетонной смеси и выдержанных до испытания в течение 28 суток в нормальных условиях (при 1=15-20^оС и относительной влажности воздуха не менее 90%).

По пределу прочности при сжатии для тяжелых бетонов установлены следующие марки: М200, М250, МЗОО, М350, М400, М450, М500, М600, М700, М800.

При бетонировании ряда конструкций, например, бетонных дорожных покрытий, важно знать прочность бетона при изгибе. Для этого испытывают образцы-балки.

Для обычных железобетонных конструкций широко применяют бетон марок М200 и М250, а для предварительно-напряженных железобетонных конструкций - МЗОО-М5ОО. Бетон марок М100 и М150 используют для оснований, фундаментов и других массивных монолитных конструкции.

Основные факторы, влияющие на прочность бетона - активность цемента и соотношение массы воды и цемента в составе бетонной смеси (водоцементное отношение В/Ц или обратное ему цементоводное отношение - Ц/В).

Зависимость прочности обычного бетона от Ц/В и марки цемента в общем виде выражают формулой:

R_б = А R_ц (Ц/В - 0,5),

где R_б - прочность бетона в возрасте 28 сут. при твердении в нормальных условиях, МПа; R_ц - активность цемента, МПа; А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей и вяжущего (для высококачественных - 0,43, для рядовых - 0,4, для пониженного качества - 0,37).

На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста.

Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 сут. прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 сут., 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

Фактическую прочность бетона в конструкциях определяют испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси и твердеющих в условиях аналогичных условиям эксплуатации конструкций. Большое влияние на скорость нарастания прочности бетона оказывает температура окружающей среды. При 70 - 85^оС в атмосфере насыщенного пара бетоны через 10 -12 ч набирают прочность 60 - 70% марочной. При низких положительных температурах (5 - 7^оС) окружающего воздуха скорость нарастания прочности бетона замедляется, а при температуре ниже 0^оС твердение бетона прекращается и возобновляется вновь при установлении в окружающей среде устойчивой положительной температуры.

Плотность. Обычный тяжелый бетон не является плотным материалом.

Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при тщательном подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребность смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозо- и коррозиестойкость и др.

Водонепроницаемость. Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа.

Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

Морозостойкость. Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50.

Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе и высококачественном гранитном щебне.

Усадка и расширение. При твердении на воздухе бетон (если он не на безусадочном или расширяющемся цементах) дает усадку, а при твердении во влажных условиях он может незначительно разбухать. Величина усадки тяжелого бетона обычно около 0,15 мм на 1 м длины бетонного сооружения, что может повлечь за собой образование трещин в массивных и большеразмерных конструкциях. Для уменьшения усадки бетона следует избегать применения бетонов с большим расходом цемента, при этом необходимо использовать крупные заполнители хорошего зернового состава и обеспечивать влажный режим твердения бетона.

При бетонировании массивных конструкций в первый период твердения бетона возможно его расширение от нагревания теплотой, выделяющейся при взаимодействии цемента с водой. С целью уменьшить тепловыделение бетона необходимо применять цементы с малой экзотермией, а также устраивать температурные швы.

Коррозиестойкость. Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой.

Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а также облицовка плотными керамическими плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

Огнестойкость. Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 200^оС снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 500^оС бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200^оС, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Подбор состава бетона

Подбор состава бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, гравием или щебнем) для обеспечения его удобоукладываемости, прочности и др. требуемых показателей. Состав бетонной смеси выражают в виде массового (реже

объемного) соотношения между количеством цемента, песка, гравия или щебня с обязательным указанием водоцементного отношения. При этом количество цемента принимают за единицу. В общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением 1:Х:У (цемент : песок : гравий) при В/Ц=Z, например 1: 2,5: 4,8 при В/Ц=0,5.

Состав бетона может быть выражен и в виде расхода материалов по массе на 1 м^З уплотненной смеси, например, цемента 260, песка 660, гравия 1310 кг/м^З, воды 165 л/м^З.

Существует несколько методов подбора состава бетона. Наиболее простым и удобным когда состав бетона подбирается в два этапа. Вначале рассчитывается ориентировочный состав бетона, который затем проверяется и уточняется (с изменением соотношения некоторых его компонентов) по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

Приготовление, транспортирование и укладка бетонной смеси

Приготовление бетонной смеси. В современном строительстве приготовление бетонной смеси в основном сосредоточено на автоматизированных бетонных заводах и в бетоносмесительных узлах предприятий.

Процесс приготовления бетонной смеси состоит из автоматического дозирования всех компонентов бетонной смеси и перемешивания их в бетоносмесителях до получения однородной массы.

Применяемые бетоносмесители непрерывного действия состоят из цилиндрического барабана с лопастями на внутренней поверхности. За счет вращения барабана и винтообразного направления лопастей материалы перемещаются вдоль барабана и тщательно перемешиваются, а готовая бетонная смесь через разгрузочное устройство непрерывным потоком поступает на транспортные средства. Производительность бетоносмесителей непрерывного действия до 120 м^З/ч, в то время как бетоносмеситель периодического действия емкостью 2400 л имеет производительность до 36 м^З/ч.

Однородность и прочность бетона в значительной, мере определяются качеством перемешивания смеси. Для получения однородной бетонной смеси следует строго соблюдать оптимальное время перемешивания, которое зависит от емкости барабана бетоносмесителя, подвижности бетонной смеси и других факторов и устанавливается опытным путем.

Транспортирование бетонной смеси в большинстве случаев производится автосамосвалами, а на малые расстояния (в пределах строительной площадки) -ленточными транспортерами, бетононасосами, вагонетками, бадьями и др. Любой способ транспортирования должен исключать возможность расслоения и снижения степени подвижности бетонной смеси в результате испарения воды, вытекания цементного молока или начала схватывания цемента. Поэтому следует транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.).

В случае, когда строительная площадка находится на значительном расстоянии от бетонного завода для перевозки и приготовления бетонной смеси используются автобетоносмесители. Смесительный барабан автобетоносмесителя загружают на заводе исходными материалами, а бетонная смесь приготовляется в пути в непосредственной близости от места укладки бетона.

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей.

В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной в ней арматурой бетонную смесь обычно укладывают горизонтальными слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики.

Бетонную смесь, как правило, уплотняют вибрированием, после чего зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

Для уплотнения бетонной смеси применяют электромагнитные, пневматические, но чаще всего электромеханические вибраторы.

По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Конструкции с большими открытыми поверхностями (полы, плиты и т. п.) бетонируют поверхностными вибраторами, которые обеспечивают распространение колебаний в толщу бетона на глубину 20 - 25 см. Перемещать поверхностный вибратор с одной позиции на другую рекомендуется так, чтобы он своей площадкой перекрывал на 10 - 20 см границу уже провибрированного участка.

При бетонировании массивных конструкций (фундаменты, колонны и др.) используют глубинные вибраторы - вибробулавы и вибраторы с гибким валом. Уплотняют бетонную смесь внутренними вибраторами по слоям, толщина которых не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а шаг перестановки не должен быть выше полуторного радиуса их действия.

Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молокана ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от степени подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20 - 60 с. транспортировать бетонную смесь по кратчайшим расстояниям, с наименьшим числом перегрузок и ограничивать длительность перевозки (до 1 ч.).

В случае, когда строительная площадка находится на значительном расстоянии от бетонного завода для перевозки и приготовления бетонной смеси используются автобетоносмесители. Смесительный барабан автобетоносмесителя загружают на заводе исходными материалами, а бетонная смесь приготовляется в пути в непосредственной близости от места укладки бетона.

Укладка бетонной смеси. Качество бетонных и железобетонных конструкций в значительной мере зависит от способа укладки и уплотнения бетонных смесей.

В заранее подготовленную опалубку (форму) с установленной в ней арматурой бетонную смесь обычно укладывают горизонтальными слоями. При этом смесь должна плотно заполнять весь объем опалубки или формы, включая углы и суженные места. Для механизации этой довольно трудоемкой операции используют специальные механизмы: бетонораздатчики и бетоноукладчики.

Бетонную смесь, как правило, уплотняют вибрированием, после чего зерна крупного заполнителя укладываются компактно, промежутки между ними заполняются цементным раствором, а пузырьки воздуха вытесняются наружу. При прекращении вибрирования уложенная в опалубку или форму бетонная смесь мгновенно загустевает.

Для уплотнения бетонной смеси применяют электромагнитные, пневматические, но чаще всего электромеханические вибраторы.

По конструкции различают вибраторы поверхностные, глубинные и площадочные. Выбирают вибратор в зависимости от вида, формы и размеров бетонируемой конструкции. Конструкции с большими открытыми поверхностями (полы, плиты и т. п.) бетонируют поверхностными вибраторами, которые обеспечивают распространение колебаний в толщу бетона на глубину 20 - 25 см. Перемещать поверхностный вибратор с одной позиции на другую рекомендуется так, чтобы он своей площадкой перекрывал на 10 - 20 см границу уже провибрированного участка.

При бетонировании массивных конструкций (фундаменты, колонны и др.) используют глубинные вибраторы - вибробулавы и вибраторы с гибким валом. Уплотняют бетонную смесь внутренними вибраторами по слоям, толщина которых не должна превышать 1,25 длины рабочей части вибратора, а шаг перестановки не должен быть выше полуторного радиуса их действия.

Продолжительность вибрирования на каждой позиции должна обеспечивать достаточное уплотнение бетонной смеси, основными признаками которого являются прекращение оседания бетонной смеси, появление цементного молокана ее поверхности и прекращение выделения воздушных пузырьков. В зависимости от степени подвижности бетонной смеси продолжительность вибрирования на одной позиции 20 - 60 с.

На заводах сборного железобетона бетонную смесь уплотняют в формах на стационарных виброплощадках. Применяют, кроме того, и другие способы уплотнения бетонных смесей, например, центрифугирование, вибропрессование, виброштампование, вибровакуумирование, вибропрокат.

Твердение бетона и уход за ним. Рост прочности бетона возможен только при определенных температурных и влажностных условиях. В нормальных условиях твердения (температура окружающей среды 15 - 20^оС и влажность 90 -100%) бетон в течение 28 сут набирает марочную прочность. Твердение бетона значительно ускоряется при повышении температуры среды до 60 - 85^оС с обязательным сохранением в бетоне влаги. Во влажной среде бетон приобретает значительно большую прочность, чем на воздухе. В сухих условиях он быстро теряет влагу, и его дальнейшее твердение прекращается.

Для того чтобы уложенный и уплотненный бетон получил требуемую прочность в назначенный срок, за ним необходим правильный уход. Особенно важен уход за бетоном в первые дни после укладки, иначе можно настолько снизить качество бетона, что его нельзя будет исправить даже при последующем тщательном уходе.

Свежеуложенный бетон выдерживают во влажном состоянии и предохраняют от сотрясений, ударов, каких-либо повреждений, а также резких изменений температуры. В летнее время открытые поверхности свежеуложенного бетона следует укрывать мешковиной, рогожей, песком, опилками или другими материалами и периодически увлажнять. Поливать бетон начинают не позднее чем через 10 -12 ч после бетонирования, а в жаркую ветренную погоду через 2-З ч. Летом бетон обычно поливают в течение первых 3 сут не реже чем через каждые 4 ч днем и не менее 1 раза ночью, а в последующее время - не менее 3 раз в сутки. Бетон, приготовленный на портландцементе, следует поливать не менее 7 сут., на прочих цементах, в том числе на цементах с пластифицирующими добавками - не менее 14 сут. Особенно обильно надо поливать ночью. Вместо полива водой поверхности бетона можно покрывать битумной эмульсией, лаком этиноль, латексом и другими жидкими материалами, которые образуют непроницаемую пленку, надежно защищающую бетон от испарения влаги.

Распалубливать бетонные и железобетонные конструкции следует только после достижения бетоном определенной прочности, устанавливаемой путем испытания контрольных образцов-кубов.

Твердение бетона при температурах ниже 5 - 10^оС значительно замедляется, а при температурах ниже нуля практически прекращается. Находящаяся в бетоне свободная вода, замерзая, увеличивается в объеме, что приводит к нарушению структуры еще не затвердевшего цементного камня, а это, в свою очередь, снижает конечную прочность бетона. Наиболее опасно замерзание бетона в период схватывания цемента. Поэтому основным условием ведения бетонных работ в зимнее время является обеспечение в уложенном бетоне определенной положительной температуры, исключающей замерзание бетона в раннем возрасте до достижения им к моменту замерзания 50% марочной прочности.

Для предупреждения раннего замерзания бетона и обеспечения твердения его при низких температурах применяются способ "термоса", паро- и электротермообработка бетона, а также применение бетона с химическими добавками - ускорителями твердения. Каждый способ можно применять самостоятельно или в сочетании.

Способ "термоса" применяется при бетонировании массивных конструкций и предусматривает обеспечение в бетоне во время его твердения положительной температуры за счет подогрева до 40^оС составляющих бетонной смеси (воды, песка, крупного заполнителя) и теплоты, выделяемой цементом при твердении.

Для сохранения запаса теплоты в течение определенного срока конструкции из свежеуложенного бетона утепляют, покрывая их соломенными матами, опилками, шлаком и др.

При бетонировании в зимнее время немассивных конструкций (колонн, балок, перекрытий и т.п.) уложенную в опалубку бетонную смесь подвергают паро-и электротермообработке.

Применяя эти методы термообработки бетона, удается в течение 1 - 2 сут получать прочность, равную 50 -70% марочной.

Химические добавки применяют с целью снизить температуру замерзания воды в бетонной смеси и обеспечить возможность твердения бетона при отрицательной температуре. В качестве химических добавок вводят хлористый кальций и натрий, нитрит натрия, нитрит-нитрат кальция, мочевину, поташ, а также комплексные химические добавки на основе пластификатора и противоморозного компонента.

Контроль качества бетона. Качество бетонных работ контролируют на всех этапах производства: испытывают составляющие бетонной смеси, систематически проверяют правильность дозирования, перемешивания и уплотнения бетонной смеси, контролируют твердение бетона, определяют прочность затвердевшего бетона.

Прочность бетона контролируют путем отбора проб бетонной смеси и изготовления из нее контрольных образцов-кубов, которые должны твердеть в тех же условиях, что и бетон монолитных конструкций. Контрольные образцы испытывают в возрасте 7 и 28 сут. или в другие установленные сроки.

Разработаны неразрушающие механические и физические методы определения прочности и однородности бетона. Принцип действия их основан на зависимости величины заглубления в бетон бойка (шарика) при ударе от прочности испытуемого бетона или на изменении скорости распространения ультразвукового импульса или волн удара в бетон в зависимости от его плотности и прочности. Для выявления внутренних скрытых дефектов структуры бетона (трещин, раковин, пустот и т.д.) применяют специальные ультразвуковые дефектоскопы.

Специальные виды тяжелых бетонов

Гидротехнический бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.

Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости.

Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 - 5,5 МПа при марках МЗОО - М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками М_РЗ 150 и М_РЗ 200.

Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих - белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород.

Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М150, а морозостойкость - М_РЗ 50.

Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 1770^оС, огнеупорные -1580 - 177О^оС и жароупорные - ниже 1580^оС.

Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др.

Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250.

Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.

Особо тяжелые бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений.

Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды.

Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/м^З.

В качестве вяжущих используют портландцементы, шлако-портландцементы и глиноземистые цементы. С целью повысить защитные свойства гидратных бетонов (названных так в связи с большим содержанием химически связанной воды) в их состав вводят добавки: карбид бора, хлористый литий и др.

Прочность и долговечность особо тяжелых бетонов такие же, как у обычных тяжелых бетонов.

Бетонополимеры представляют собой бетоны, поры которых заполнены полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз.

Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).

Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/м^З) используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий, сократить транспортные расходы.

Разновидности легких бетонов

В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнители легкие бетоны разделяют на: керамзитобетон, аглапоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д

По структуре имеются следующие основные виды:

1. обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя;

2. крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

3. поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя.

С помощью порообразователя в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

В зависимости от назначения легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

1. М_РЗ 15 и выше), применяемые в несущих конструкциях.

2. теплоизоляционные (средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/м^З, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м-^оС)), применяемые дляизготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

3. конструкционно-теплоизоляционные (со средней плотностью 500 -1400 кг/м^З, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м.^оС)), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);