Проектирование состава конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова»

Кафедра строительных материалов

Курсовая работа

по курсу «Бетоноведение»

Проектирование состава конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона

Проект выполнил С. В. Столбова

Нормоконтролер Л. Г. Плотникова

Барнаул 2012



Содержание

Введение

1. Номенклатура изделий на основе проектируемого бетона

2. Исходные материалы для бетона и их характеристика

3. Структура бетона и физико-химические процессы, происходящие при ее формировании

4. Основные свойства проектируемого бетона

5. Расчет состава бетона

5.1 Расчет состава керамзитобетона поризованной структуры

5.2 Расчет состава керамзитобетона плотной структуры

Выводы

Список литературы



Введение

Керамзитобетон относится к категории легких бетонов. Наполнителем в этом материале является керамзит, а в качестве вяжущего используется цемент, хотя, иногда для этой цели применяют известь и строительный гипс. В составе керамзитобетона присутствует также некоторое количество песка. По плотности керамзитобетон разделяют на тяжелый (плотный) и крупнопористый - беспесчаный.

По своему назначению керамзитобетон может быть конструкционным, конструкционно-теплоизоляционным и теплоизоляционным. Керамзитобетон теплоизоляционного назначения используют, как правило, в качестве слоя теплоизоляции в составе ограждающих конструкций различных зданий. Плотность этого материала в сухом состоянии составляет 350-600 кг/м³, при прочности на сжатие 5 - 25 кг/см².

Керамзитобетон конструкционно-теплоизоляционного назначения применяется, в основном, для производства стеновых панелей (однослойных) и крупногабаритных блоков. плотность такого керамзитобетона составляет от 700 до 1200 кг/м³ при прочности на сжатие от 35 до 100 кг/см². Морозостойкость этого материала лежит в пределах от 15 до 100 циклов.

Конструкционный керамзитобетон используется для сооружения несущих конструкций различного назначения (здания, мосты и пр.). Плотность этого керамзитобетона лежит в пределах от 1400 до 1800 кг/м³, при значении прочности на сжатие от 100 до 500 кг/см². Морозостойкость конструкционного керамзитобетона может достигать 500. Этот материал, по сравнению с традиционным тяжелым бетоном, позволяет заметно снизить вес крупногабаритных железобетонных конструкций, что существенно снижает затраты на строительство.

Сегодня в нашей стране керамзитобетон используется лишь при сооружении 10 или 15 % жилых домов, в то время, как в западных странах его доля доходит до 40 %[1].

Объемный вес керамзитобетона высоких марок примерно в 1,5 раза меньше, чем тяжелого. Таким образом, применение керамзитобетона позволяет снизить вес зданий и конструкций до 30 %. У керамзитобетона принципиально выше показатели по морозостойкости, прочности и долговечности по сравнению с другими ячеистыми бетонами. При этом несколько хуже показатели по теплопроводности. Этот недостаток зарубежные строители восполняют применением многослойных технологий при возведении стеновых панелей. Керамзитобетон по сравнению с тяжелыми бетонами обладает высокой пористостью, его нельзя разрезать пилой. Этот, по мнению строителей малоэтажных домов, «недостаток» превращается в преимущество уже при эксплуатации зданий: всевозможный крепеж в таких стенах держится прочнее. Керамзитобетон пользуется большой популярностью в Германии, Голландии, Финляндии, Норвегии, Чехии. Причем блоки керамзитобетона называют «биоблоками», поскольку в качестве исходного сырья используются только природные компоненты (суглинки, вспученная и обожженная глина)[2].

Преимущества керамзитобетона:

-относительно малый вес;

- высокие звуко- и теплоизоляция;

-при забивании гвоздей разрушения минимальны;

-устойчивость к многократному чередованию колебаний температур;

-низкая усадка при высыхании и малые температурные деформации[3].

Таким образом, керамзитобетон и в настоящее время относится к числу наиболее популярных строительных материалов. Механические и теплотехнические характеристики керамзитобетона подтверждены многолетней эксплуатацией самых различных зданий и сооружений, как у нас в стране, так и за рубежом.



1. Номенклатура изделий на основе проектируемого бетона

Керамзитобетон широко применяется в качестве стенового материала. При помощи этого материала возводятся наружные стены и межкомнатные перегородки в зданиях. При монолитном железобетонном домостроении керамзитобетонные блоки используются для заполнения каркаса.

Существует два основных типа керамзитобетонных блоков - стеновые и перегородочные. Керамзитобетонные блоки используются в жилищном, гражданском и промышленном строительстве. Широкая область применения керамзитобетонных блоков объясняется универсальными характеристиками данного материала.

Таблица 1 Номенклатура стеновых блоков из керамзитобетона

Тип блока по виду стены и числу основных слоев	Основной слой бетона	Вид бетона	Структура бетона	Проектная марка бетона по прочности на сжатие	Класс бетона по прочности на сжатие
Наружный однослойный	Основной слой	керамзитобетон	Плотная	М50, М75, М100, М150	В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5
Наружный однослойный	Основной слой	керамзитобетон	Поризованная	М50, М75, М100	В3,5; В5; В7,5
Наружный двухслойный	Внутренний изолирующий слой	керамзитобетон		М200, М250	В15; В20
Наружный двухслойный	Наружный утепляющий слой	керамзитобетон	Плотная	М50, М75, М100	В3,5; В5; В7,5
			Поризованная	М50, М75, М100	В3,5; В5; В7,5
Внутренний однослойный	Основной слой	керамзитобетон	Плотная	М75, М100, М150, М200	В5; В7,5; В10; В12,5; В15



Примечание. Для наружных однослойных блоков допускается принимать легкий бетон на пористых заполнителях класса В2,5 или проектной марки М35 - для стен зданий высотой не более двух этажей, а также класса В15 или проектной марки М200 - при технико-экономическом обосновании.

Ненесущие наружные стены поэтажно опираются на перекрытия. Наружные стены предусматриваются слоистой конструкции с внутренним слоем из облегченных керамзитобетонных блоков СКЦ, средним слоем из эффективного утеплителя и наружным отделочным слоем.

Внутренний слой из блоков СКЦ предусматривается толщиной 190 мм (один ложковый ряд).

Стены из блоков СКЦ позволяют размещать скрытую электропроводку в штрабах, устраиваемых на постройке до выполнения внутреннего отделочного слоя.

Таблица 2. Номенклатура облегченных керамзитобетонных блоков

Производитель	Марка	Размеры, мм	Класс по прочности на сжатие	Марка по средней плотности	Масса, кг
		L	В	Н
ОАО "Домстройпром" г.Домодедово	СКЦ-1	390	190	188	В 2,5	Д 900	12
	СКЦ-2	390	90	188	В 2,5	Д 900	6

Так же из бетонов на основе керамзитобетона изготавливают плиты покрытий и перекрытий (М 100), перегородки (М 50).



2. Исходные материалы для бетона и их характеристика

Исходными сырьевыми материалами для бетона являются вяжущие вещества (цемент, реже известь и строительный гипс), заполнители различного вида, добавки и вода. Необходимо правильно подобрать сырьевые материалы для бетона, чтобы обеспечить необходимые свойства, без перерасхода компонентов.

Материалы для приготовления бетона должны отвечать всем требованиям, изложенным в государственных и отраслевых стандартах на эти материалы.

В качестве вяжущего для приготовления керамзитобетона применяется: портландцемент марки М400 с содержанием трехкальциевого силиката не менее 50 % и трехкальциевого алюмината не более 6 %. Начало схватывания должно наступать не позднее 2 ч, а конец схватывания -- не позднее 4 ч после затворения. Удельная поверхность цемента должна быть 2500--3000 см²/г для конструктивно-теплоизоляционного керамзитобетона. По свойствам цемент должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10178--76.

Также применяются цементы более высоких марок, так как это способствует снижению расхода цемента.

В качестве крупного заполнителя применяется искусственный заполнитель - керамзит.

Существуют следующие фракции керамзитового гравия: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. В каждой фракции допускается до 5 % мелких и до 5 % более крупных зерен по сравнению с номинальными размерами.

По насыпной плотности керамзитовый гравий подразделяется на 8 марок: от 250 до 600, причем к марке 250 относится керамзитовый гравий с насыпной плотностью до 250 кг/м³, к марке 300 - до 300 кг/м³ и т.д. (Допускается по согласованию изготовителя с потребителем для приготовления конструкционных легких бетонов классов В20 и выше изготовление керамзитового гравия и щебня марок 700 и 800).

При приготовления керамзитобетона плотной структуры, для каждой марки по насыпной плотности устанавливаются требования к прочности керамзитового гравия при сдавливании в цилиндре и соответствующие им марки по прочности (таблица 3).

Таблица 3. Требования к прочности керамзитового гравия

	Высшая категория качества	Первая категория качества
Марка по насыпной плотности	Марка по прочности	Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее	Марка по прочности	Предел прочности при сдавливании в цилиндре, МПа, не менее
250	П35	0,8	П25	0,6
300	П50	1	П35	0,8
350	П75	1,5	П50	1
400	П75	1,8	П50	1,2
450	П100	2,1	П75	1,5
500	П125	2,5	П75	1,8
550	П150	3,3	П100	2,1
600	П150	3,5	П125	2,5
700	П200	4,5	П150	3,3
800	П250	5,5	П200	4,5

При проектировании состава поризованного керамзитобетона, выбор марки керамзита по плотности и виду песка можно ориентировочно сделать по таблице 4, в которой показана зависимость плотности керамзитобетона от вида керамзита, песка и требуемой прочности бетона.

Таблица 4. Плотность керамзитобетона, поризованного воздухововлекающими добавками

Насыпная плотность керамзита, кг/м3	Плотность керамзитобетона, кг/м3, при его прочности, МПа
	5	7,5	10
	на песке
	керамзитовом	кварцевом	керамзитовом	кварцевом	керамзитовом	кварцевом
300	800	900	900	950	-	-
400	850	950	950	1000	1000	1100
500	900	1000	1000	1050	1050	1050
600	1000	1100	1050	1150	1100	1200
700	1100	1200	1150	1250	1200	1300

Зерна керамзитового гравия могут иметь шарообразную или вытянутую форму, что зависит от формы сырцовых гранул. По стандарту среднее значение коэффициента формы должно быть не более 1,5, а зерен с коэффициентом формы более 2,5 допускается до 20 % при использовании в бетонах с пределом прочности менее 20 МПа и до 10 % - в бетонах с пределом прочности 20 МПа и выше.

Керамзитовый гравий должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии с потерей массы данной фракции не более 5 или 8 % в зависимости от категории качества.

При испытании кипячением потеря массы не должна превышать 5 %. Таким испытанием выявляется наличие опасных известковых включений («дутик»). Ограничивается водопоглощение (не более 15--25 % по массе за 1 ч в зависимости от марки), содержание расколотых зерен (не более 15 %), водорастворимых сернистых и сернокислых соединений. Эти и другие требования стандарта обеспечивают стойкость и долговечность керамзита, а также легких бетонов на его основе.

Вода, применяемая для производства керамзитобетона, должна удовлетворять требованиям ГОСТ 23732--79.

В качестве мелкого заполнителя при приготовлении легких бетонов, для конструкционно-теплоизоляционного бетона используются - пористые пески, золы ТЭС, золошлаковые смеси.

Зерновой состав пористых песков должен соответствовать требованиям ГОСТ 9757-82.

Марка пористого песка по насыпной плотности в зависимости от назначения легкого бетона должна соответствовать требованиям таблицы 5



Таблица 5 Марка пористого песка по насыпной плотности

Назначение бетона	Марка песка по насыпной плотности, кг/м3, не более
	минимальная	максимальная
Конструкционно-теплоизоляционный	200	1000

Прочность пористых песков колеблется в пределах 15...50 МПа; модуль крупности 1,8...2,5.

бетон химический поризованный химический



3. Структура бетона и физико-химические процессы, происходящие при ее формировании

Структура бетона образуется в результате затвердевания (схватывания) бетонной смеси и последующего твердения бетона. Определяющее влияние на ее формирование оказывают гидратация цемента, его схватывание и твердение.

По современным воззрениям, в начальный период при смешивании цемента с водой в процессе гидролиза трехкальциевого силиката выделяется гидроксид кальция, образуя пересыщенный раствор. В этом растворе находятся ионы сульфата, гидроксида и щелочей, а также небольшое количество кремнезема, глинозема и железа. Высокая концентрация ионов кальция и сульфат-ионов наблюдается непродолжительное время после затворения цемента водой, так как в течение нескольких минут из раствора начинают осаждаться первые новообразования - гидроксид кальция и эттрингит.

Приблизительно через час наступает вторая стадия гидратации, для которой характерно образование очень мелких гидросиликатов кальция.

Вследствие того, что в реакции принимают участие лишь поверхностные слои зерен цемента, размер зерен цемента уменьшается незначительно.

Вновь образующиеся гидратные фазы, получившие название цементного геля, характеризуются очень тонкой гранулометрией.

Новообразования в первую очередь появляются на поверхности цементных зерен. С увеличением количества новообразований и плотности их упаковки пограничный слой становится малопроницаем для воды примерно в течение 2 - 6 ч.

Вторую стадию замедленной гидратации принято называть «скрытым или индукционным периодом» гидратации цемента. В течение скрытого периода цементное тесто представляет собой плотную суспензию, стабилизированную действием флокулообразующих сил. Однако силы притяжения между цементными частицами в воде относительно слабы, что может быть объяснено следующим образом. Покрытые гелем зерна цемента образуют вокруг себя сольватный слой и имеют положительный потенциал. Совместное действие сольватного слоя и электрического заряда препятствует непосредственному контакту между соприкасающимися зернами. Вместе с тем эти зерна испытывают межчастичное притяжение, по крайней мере на некоторых пограничных участках. Силы отталкивания и притяжения уравновешиваются на некотором расстоянии от поверхности раздела, где потенциальная энергия частиц минимальна. Цементное тесто под действием этих сил приобретает связанность и подвижность. В течение скрытого периода происходит постепенное поглощение поверхностными оболочками цементных зерен воды, толщина водных прослоек между зернами уменьшается, постепенно понижается подвижность теста и бетонной смеси.

В гелевых оболочках появляется осмотическое давление. Внутренние слои цементных зерен, реагируя с водой, стремятся расшириться. В результате наступает разрушение гелевых оболочек, облегчается доступ воды вглубь цементных зерен, ускоряется процесс гидратации цемента.

Наступает третья стадия процесса гидратации. Она характеризуется началом кристаллизации гидроксида кальция из раствора. Этот процесс происходит очень интенсивно. Так как на этом этапе количество гидратных фаз относительно мало, то в пространстве между частицами цемента происходит свободный рост тонких пластинок гидроксида кальция и эттрингита в виде длинных волокон, которые образуются одновременно. Волокна новообразований проходят через поры, разделяют их на более мелкие и создают пространственную связь между гидратными фазами и зернами цемента увеличением содержания гидратных фаз между ними возникают непосредственные контакты, число которых увеличивается - цементное тесто схватывается, затвердевает, образуется цементный камень. Образовавшаяся жесткая структура сначала является очень рыхлой, но постепенно она уплотняется: в заполненных водой порах этой структуры непрерывно появляются новые гидратные фазы. Объем пор и их размеры уменьшаются, возрастает количество контактов между новообразованиями, утолщаются и уплотняются гелевые оболочки на зернах цемента, срастающиеся в сплошной цементный гель, с включением непрореагировавших центров цементных зерен. В результате возрастает прочность цементного камня и бетона. Схематически процесс преобразований, происходящих в системе цемент - вода в процессе гидратации цемента, показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема процесса преобразований в структуре цементного теста и камня при гидратации цемента

а - цементные зерна в воде -начальный период гидратации; б - образование гелиевой оболочки на цементных зернах - скрытый период гидратации; в - вторичный рост гелиевой оболочки после осмотического разрушения первоначальной оболочки, образование волнистых и столбчатых структур на поверхности зерен и в порах цементного камня - третий период гидратации; г - уплотнение структуры цементного камня при последующей гидратации цемента.

Ф. Лохтер и В. Рихартц предложили обобщенную схему процесса гидротации цемента и структурообразования цементного камня, которая показывает изменения во времени объема различных новообразований и пористости цементного камня (рисунок 2). Схема учитывает возможный переход части образовавшегося эттрингита в моносульфат после того, как весь двуводный гипс, введенный в цемент для увеличения сроков схватывания, вступит в реакцию с трехкальциевым силикатом.

Процесс гидратации развивается на границах зерен и цементный гель растет одновременно внутрь и наружу, причем каждое зерно оказывается как бы упакованным в гель.

Периоды гидратации:

б) 6 7 8 9

Рисунок 2. Схемы процесса гидратации цемента (а) и структурообразования (б) цементного камня во времени

1 -образование длинных кристаллов; 2 -эттрингит; 3 - изменение пористости; 4 -образование коротких волокон; 5 -моносульфат; 6 - неустойчивая структура; 7 -формирование основной структуры; 8 -уплотнение структуры; 9 - стабильная структура.

Вода проникает через гелиевую оболочку внутрь зерна, а часть компонентов гидратированного цемента диффундирует в противоположном направлении к внешним границам слоя геля, где эти компоненты присоединяются к существующим кристаллам или начинают образовывать новые.

Приблизительно 55 % новообразований появляется снаружи, а 45 % остается внутри первоначальной границы цементного зерна.

В процессе гидратации размеры пор в цементном камне уменьшаются что, с одной стороны, приводит к затруднению доступа воды к еще не прореагировавшим объемам цемента и замедлению процесса гидратации, а с другой - к уменьшению размера частиц гидратных фаз, развивающихся в их порах. Волокна гидросиликата кальция, образующиеся в начале гидратации, могут иметь длину 5 ... 10 нм и диаметр 0,1 ... 0,2 нм, а в конце гидратации новообразования имеют размер в 10 ... 100 раз меньше.

Однако в геле полностью гидратированного цемента остаются внутренние пустоты, называемые порами геля. Размер этих пор очень мал (1510^-8...40-10^-8 см), в них невозможно образование зародышей гидратных фаз, и поэтому они не могут зарасти новообразованиями.

Пористость геля составляет 28 %. Если пористость выше, то это значит, что в геле еще имеются более крупные поры, в которых могут развиваться новообразования, постепенно снижая пористость геля до 28 %. Наряду с порами геля в цементном камне сохраняются более крупные капиллярные поры, образовавшиеся при приготовлении цементного теста. Однако, размеры и объем пор постепенно уменьшаются. В процессе гидротации происходит перераспределение жидкой фазы.

Существенно влияет на структуру прогидратированного цемента введение в его состав активных минеральных компонентов (золы, молотого пака, кварцевого песка и др.), размеры частиц которого соизмеримы с размером частиц цемента (наполнитель-разбавитель). Объем, занимаемый частицами минерального компонента, при гидратации цемента практически не меняется или изменяется незначительно, за исключением специальных расширяющихся компонентов, вводимых в бетон для компенсации его усадки. Мало изменяется и их дисперсность, т.е. их частицы практически сохранит свои размеры и поэтому мало изменяется объем физико-химической связанной воды, достигнутый к началу схватывания цемента.

В отличие от формирования структуры чисто вяжущей части формирование структуры вяжущего в бетоне происходит под влиянием заполнителя. Одновременно с развитием собственной структуры вяжущего протекают процессы в зоне его контакт с поверхностью зерен заполнителя. Под их воздействием формируется структура омоноличивающих слоев вокруг зернистого заполнявшего материала.

Характер и полнота этих процессов зависит от многих факторов, в результате которых состав и структура контактных слоев может несколько отличаться от состава и структуры основного вяжущего вещества, затвердевшего в межзерновых порах и пустотах конгломерата.

Контактная зона является наиболее слабым и уязвимым звеном в структуре бетона и на этот структурный элемент следует обращать особое внимание.

Вяжущее вещество скрепляет компоненты бетона в единое целое, т.е. является минеральным или органическим клеем. Б.В.Дерягин считает, что прочность склеивания обусловливается двумя факторами: адгезией, или прочностью на отрыв твердых поверхностей от клеящей прослойки, и когезией, или прочностью самого клея. Адгезия зависит от природы заполнителя, его пористости, шероховатости и чистоты поверхности зерен вида вяжущего, его адгезионных свойств, а также oт условий твердения бетона.

Важным элементом структуры бетона является поровое пространство.

Общая пористость бетона складывается из:

пор в отвердевшем вяжущем (например, цементном камне), возникших под влиянием физико-химических процессов твердения;

пор заполнителя;

межзерновых пустот, не заполненных вяжущим веществом :

пор, образованных вовлеченным воздухом.

Кроме того, в некоторых случаях возникновение пор (пустот) может быть связано с усадочными трещинами, образующимися в процессе твердения в вяжущем веществе и контактной зоне. Пористые заполнители вследствие своей способности к влагообмену с цементным тестом в большей мере, чем обычные плотные заполнители, влияют на процессы его структурообразования. На первом этапе пористые заполнители, отсасывая влагу, способствуют получению более плотного и прочного контактного слоя цементного камня.

На втором этапе, при уменьшении количества воды в цементном камне вследствие гидратации цемента, пористые заполнители возвращают ранее поглощенную воду, создавая благоприятные условия для протекания гидратации цемента и уменьшая усадочные явления в цементном камне.

Для удобства расчетов и прогнозирования свойств бетона процесс формирования его структуры можно разбить на три периода: первоначальный, в течение которого бетонная смесь превращается в бетон, последующий, во время которого структура бетона постепенно упрочняется, и трети, когда структура стабилизируется и почти не изменяется со временем (рисунок 3). Границей между первым и вторым периодами является точка А, определяющая момент, когда первоначальная структура бетона уже возникла и в дальнейшем происходит лишь ее упрочнение. В этом случае изменение прочности бетона в последующем периоде подчиняется логарифмическому закону, что позволяет более точно прогнозировать изменение свойств бетона во времени.

Рисунок 3. Расчетные периоды структурообразования: - период образования первоначальной структуры; - период упрочнения структуры; - период стабилизации структуры.



В процессе формирования структуры бетона и ее последующего твердения изменяется не только прочность бетона, но и другие свойства: пористость, тепловыделение, электропроводность и т. д. Процессы формирования структуры сопровождаются объемными изменениями: в зависимости от условий твердения бетон может либо увеличиваться, либо уменьшаться в объеме; последнее происходит чаще и носит название усадки.

Все эти изменения более значительны на первоначальном этапе формирования структуры и особенно в период превращения псевдожидкой структуры бетонной смеси в твердую структуру бетона и постепенно затухают с возрастом бетона.

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

На рисунке 4 показаны основные типы структур: плотная, с пористым заполнителем, ячеистая и зернистая. Плотная структура, в свою очередь, может иметь контактное расположение заполнителя, когда его зерна соприкасаются друг с другом через тонкую прослойку цементного камня, и «плавающее» расположение заполнителя, когда его зерна находятся на значительном удалении друг от друга Ячеистая структура отличается тем, что в сплошной среде твердого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. Зернистая структура представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен твердого материала. Пористость зернистой структуры непрерывна и аналогична пустотности сыпучего материала.



Рисунок 4. Основные типы макроструктуры бетона: а - плотная; б- плотная с пористым заполнителем; в - ячеистая; г - зернистая: R_б - средняя прочность структуры; R₁ и R₂ - прочности составляющих бетона.

Наибольшей прочностью обладают материалы с плотной структурой, меньшей - с зернистой. Плотные материалы менее проницаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проницаемы, чем материалы зернистой структуры. Последние обладают, как правило, наибольшим водопоглощением.

Большое влияние на свойства материала оказывает размер зерен, пор или других структурных элементов. В этой связи в бетоне различают макротруктуру и микроструктуру. Под макроструктурой понимают структуру видимую глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь различают крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Микроструктурой называют структуру, видимую при большом увеличении под микроскопом. Дл бетона большое значение имеет микроструктура цементного камня, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, новообразовании и микропор различных размеров.

Цементный камень является основным компонентом бетона, определяющим его свойства и долговечность. Основной составляющей микроструктуры цементного камня являются гидросиликаты кальция.

Цементный камень содержит участки с различной структурой, сложенные разными минералами. Его строение отличается сложностью, многообразием и неоднородностью. Неоднородность строения обусловлена тем, что цементный камень состоит из глобул цементных зерен с постепенно убывающей к их поверхности плотностью, контактной зоны между глобулами, состоящей из различных новообразований, а также включает поры, неплотности и дефекты структуры. Необходимо учитывать и химическую неоднородность камня.

Для различных видов бетонов характерна своя структура. Для проектируемого бетона характерно наличие плотной (рисунок 4 а) или поризованной структуры (рисунок 5).

Плотная структура состоит из сплошной матрицы твердого материала (например, цементного камня), в которую вкраплены зерна другого твердого материала (заполнителя), достаточно прочно связанные с материалом матрицы. Материалы плотной структуры обладают высокими показателями плотности, прочности, морозостойкости и рядом других.

Рисунок 5. Бетон с поризованной структурой

В бетонах с поризованной структурой поризацию растворной части бетона производят для улучшения теплофизических свойств. Поризацию осуществляют либо предварительно приготовленной пеной, либо за счет введения газообразующих или воздухововлекающих добавок. В данном виде структуры пространство между инертными заполнителями заполнено вяжущим, затвердевшим в поризованном состоянии.

Каждая структура имеет свои закономерности, определяющие ее свойства и влияние на них различных факторов. Для плотной структуры решающее значение имеют свойства цемента характерными для вязких жидкостей, а также свойства заполнителя и трения между его зернами.



4. Основные свойства проектируемого бетона

Легкие бетоны, в частности керамзитобетон, согласно ГОСТ 25820-83 характеризуются следующими показателями качества:

- прочностью на сжатие,

- средней плотностью,

- морозостойкостью,

- водонепроницаемостью,

- теплопроводностью.

По показателям прочности при сжатии конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон подразделяют на классы В2,5, В3,5, В5, В7,5, В10;

Для изделий и конструкций, запроектированных без учета требований обеспеченности 0,95, показатель прочности бетона на сжатие характеризуют марками: М35, М50, М75, М100, М150 [5].

Прочность легких бетонов, как и тяжелых, зависит от цементно-водного отношения, так как оно определяет свойства цементного камня, скрепляющего все составляющие бетона в единый монолит. Однако пористые заполнители вследствие особенностей своей структуры имеют невысокую прочность, обычно ниже прочности цементного раствора. Введение их в бетон приводит к снижению его прочности по сравнению с обычным тяжелым бетоном на прочных плотных заполнителях, причем тем в большей степени, чем больше содержание заполнителя и меньше его плотность. В результате кривые зависимости прочности легкого бетона от цементно-водного отношения располагаются ниже кривых для обычного бетона и бетоны на заполнителях разной прочности имеют различные кривые R_б=f(Ц/В) (рисунок 6 ).

Другой важной особенностью легких бетонов на пористых заполнителях является то обстоятельство, что каждый крупный заполнитель позволяет получать бетоны только до определенной прочности, по достижении которой дальнейшее повышение прочности раствора, например, за счет уменьшения водоцементного отношения, не приводит к заметному повышению прочности бетона (рисунок 7).

Рисунок 6. Зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения для обычного 1 и легкого 2, 3 бетона на пористом заполнителе.

Рисунок 7. Влияние прочности керамзитового гравия и раствора на прочность керамзитобетона: а - обобщенная зависимость

1 - бетон на гранитном щебне; 2, 3 - бетон на пористом заполнителе; I - зона возрастания прочности бетона; II - зона максимальной прочности бетона; б - результаты экспериментов; 1 - прочность керамзита 7 МПа; 2 - то же, 5 МПа; 3 - то же, 4 МПа; 4 - то же, 3 МПа; 5 - то же, 2 МПа.

Кривая зависимости Rб=f(Rp )имеет два участка. На первом участке повышение прочности раствора приводит к увеличению прочности бетона, хотя в несколько меньшей степени, чем при применении прочных плотных заполнителей. Здесь проявляется соответственно и влияние водоцементного фактора. На втором участке повышение прочности раствора не приводит к заметному увеличению прочности бетона, так как слабый заполнитель и хрупкость тонкого цементного каркаса этому препятствуют.

Дальнейшее повышение прочности раствора в этом случае экономически нецелесообразно, так как в равноподвижных бетонных смесях оно достигается за счет увеличения расхода цемента, не приводя к существенному улучшению свойств бетона. Для получения легкого бетона разных марок следует так выбирать прочность заполнителя, чтобы обеспечивать рациональное использование цемента, т.е. получать бетоны, соответствующие первому участку кривой R_б=f(R_p ).

Существенное влияние на прочность легких бетонов оказывает содержание в нем крупного пористого заполнителя или концентрация заполнителя, обычно указываемая как относительная величина (объем легкого заполнителя, содержащийся в 1 м³ бетона). Влияние концентрации заполнителя зависит от соотношения его прочности и прочности раствора.

При малой разнице в прочности раствора и бетона в конструктивно-теплоизоляционных легких бетонах максимальная прочность достигается при определенной оптимальной концентрации заполнителя (рисунок 8).

Рисунок 8. Влияние концентрации легкого заполнителя ц на прочность бетона R_б:

1-R_p/R_к.ц =5,7;2- R_p/R_к.ц =7,5;3- R_p/R_к.ц =10,6(R_к.ц - прочность керамзита в цилиндре)

По сравнению с керамзитобетоном плотной структуры поризованный керамзитобетон имеет пониженные показатели плотности, прочности и теплопроводности. Прочность поризованного керамзитобетона может быть 5...10 МПа.

Прочность и плотность бетона зависят от его структуры. Как правило, обжиговые пористые материалы (керамзит и др.) имеют при одной и той же плотности более высокую прочность, чем пористый раствор, поэтому максимальное насыщение поризованного легкого бетона керамзитом 0,9...1,15 м³/м³ способствует повышению его прочности или понижению расхода цемента [1].

Значение нормируемой отпускной прочности бетона конструкций устанавливают в соответствии с требованиями ГОСТ- 13015.0.

Теплопроводность определяет толщину ограждающих конструкций. Коэффициент теплопроводности легкого бетона возрастает с увеличением его плотности (рисунок 9)

Увеличение содержания легкого заполнителя, уменьшение его плотности приводят к понижению коэффициента теплопроводности легкого бетона, т.е. улучшает его теплофизические свойства.

Рисунок 9. Зависимость коэффициента теплопроводимости л легкого бетона на пористом заполнителе от плотности с бетона

Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии бетона при температуре 25 С, к которому предъявляют требования по теплопроводности, должен соответствовать требованиям нормативного и проектного документов на изделие и конструкцию конкретного вида [1].

Показатели средней плотности и морозостойкости приведены в таблице 6.



Таблица 6. средняя плотность и морозостойкость конструкционно-теплоизоляционного керамзитобетона

Назначение бетона	Марка бетона
	по средней плотности	по морозостойкости	на керамзитовом гравии
Конструкционно-теплоизоляционный	D600	-	В2,5
	D700	F25	В2,5;В3,5
	D800	F25	В2,5-В5
	D900	F25-F50	В3,5-В7,5
	D1000	F25-F100	В3,5-В10
	D1100	F25-F100	В3,5-В10
	D1200	F35-F100	В5-В10
	D1300	F35-F100	В5-В10
	D1400	F35-F100	В5-В10
	D1500	F35-F100	-
	D1600	F75;F100	-

Данный вид бетона обладает высоким показателями водоудерживающей способности, что обусловлено высоким водопоглощением пористого заполнителя.

Поризованный керамзитобетон отличается значительно меньшим расходом вяжущего вещества, повышенным модулем деформации и долговечностью, меньшей усадкой. Поризованные смеси отличаются хорошей связностью и удобоукладываемостью, и их применение значительно упрощает формование изделий.



5. Расчет состава бетона

Состав бетона на пористых заполнителях определяется расчетно -экспериментальным путем. Вначале находят предварительный состав бетона, который затем уточняют. При определении предварительного состава бетона используют зависимости и учитывают особенности влияния на свойства бетона и бетонной смеси различных видов пористого заполнителя.

В отличие от обычного бетона при проектировании состава легкого бетона необходимо наряду с прочностью бетона и удобоукладываемостью бетонной смеси обеспечить заданную его плотность.

5.1 Расчет состава керамзитобетона поризованной структуры

Исходные данные для расчета:

- заданная прочность бетона-10МПа;

- плотность бетона - 1000кг/м3;

- жесткость бетонной смеси 4...8 с;

- плотность насыпная керамзита 400 кг/м3 (таблица 4).

Воздухововлекающая добавка СНВ (Смола нейтрализованная воздухововлекающая представляет собой твердое вещество темно-коричневого цвета. Обеспечивает повышение марки бетона по водонепроницаемости, морозостойкости, введение добавки СНВ увеличивает стойкость бетона к воздействию агрессивных сред, в частности солестойкость).

Для опытных замесов рассчитывают три состава легких бетонов с различным расходом компонентов.

В соответствии с таблицей 4 керамзитобетон может быть изготовлен на керамзитовом песке ( Мкр = 2,3). По таблице 7 для пробных замесов принимают три расхода цемента: 200,260 и 320 кг/м3.



Таблица 7. Расход цемента для опытных замесов при подборе состава керамзитобетона с воздухововлекающими добавками

№ замеса	Расход цемента, кг/м3, для бетона прочностью, МПа
	5	7,5	10
1	180	200	200
2	220	240	260
3	260	280	320

Расход керамзитового гравия для малоподвижных и умеренно жестких смесей на керамзитовом песке принимают 0,9-1,05 м³/м³.

Расход керамзита К=400·1=400 кг/м³.

Расход песка в зависимости от заданной плотности бетона

П = с`б.сух /1,15Ц -К

П1 = 1000-1,15·200-400 = 370 кг/м³

П2 = 1000-1,15·260-400 = 301 кг/м³

П3 = 1000/1,15·320-400 = 232 кг/м³

В соответствии с таблицей 8 принимают расход воды 200л/м3.

Таблица 8. Ориентировочный расход воды для керамзитобетона с воздухововлекающими добавками

Осадка конуса, см	Жесткость, с	Расход воды, л/м5, при применении песка
		дробленого керамзитового	кварцевого
6...8	-	230... 250	200... 220
2...4	-	210...230	190... 170
1 ...2	2 ...4	200... 220	170... 190
-	4...8	190...210	160... 180
-	8... 12	180 ...200	150... 170

Ориентировочное значение объема вовлеченного воздуха для получения поризованного бетона слитной структуры



V _{В.В 1} = (1/10)·[1000-(200/3,1+370/2,3+ 400/0,8 +200]=7,4 %.

V _{В.В 2} = (1/10)·[1000-(260/3,1 +400/0,8 +301/2,3 +200]= 8,5 %

V _{В.В 3} = (1/10)·[1000-(320/3,1 + 400/0,8 + 232/2,3 +200]= 9,5 %

По таблице 9 принимают три расхода добавки СНВ: 0,1; 0,05; 0,09 % от массы цемента.

Таблица 9. Ориентировочный расход воздухововлекающих добавок для приготовления порисованных легких бетонов, % от массы цемента

Микропенообразователь	Требуемый объем вовлеченного воздуха, %	Песок
		дробленый керамзитовый	кварцевый
ЦНИИПС-1илиСНВ	4...8 8... 12	0,02 ...0,1 0,05 ...0,15	0,04 ...0,15 0,1 ...0,2
ПО-6	4...8 8... 12	0,3 ... 1 0,5... 1,5	0,5 ... 1,5 1 ...2,5

На основании расчетов делают пробные замесы. По результатам опытов устанавливают зависимость Rб = f(Ц) и затем Rб =f(с`_б.сух) и на их основании выбирают оптимальный состав бетона.

5.2 Расчет состава керамзитобетона плотной структуры

Расчет производят по следующему алгоритму:

1.Определяют расход цемента по таблице зависимости расхода цемента для расчета состава бетонов на пористых заполнителях и плотном песке, затем уточняют в соответствии с таблицей коэффициентов изменения расхода цемента при изменении его марки, вида песка, предельной крупности заполнителя и подвижности бетонной смеси.

2.Устанавливают начальный расход воды с учетом водопотребности пористого песка по соответствующей таблице.

3.Определяют объемную концентрацию крупного заполнителя по соответствующей таблице.

4.Устанавливают расход крупного заполнителя по формуле

З_кр = 1000цс`_з.кр,

где с`_з.кр - плотность зерен крупного заполнителя в цементном тесте, кг/л;

ц - объемная концентрация крупного заполнителя

5.Определяют расход пористого песка, обеспечивающий получение заданной плотности бетона в сухом состоянии по формуле

с использованием значений А, Q, C^л_вп, С^пор_в по формулам (с учетом, что Зкр = 1000цс`з.кр)

6. Определяют расход плотного песка по формуле



Если окажется, что расход пористого или плотного песка менее 20 кг/см³, то бетон следует готовить только на песке, расход которого наибольший.

7. Подсчитывают общий расход воды:

,

где В _п.пор -поправка на водопотребность пористого песка.

Для опытных замесов помимо предварительного состава рассчитывают еще два состава, в которых расход цемента принимают на 10 ... 20% меньше и больше, чем полученный в исходном составе. Если на принятых материалах нельзя получить заданную плотность бетона при допустимых значениях ц, то диапазон варьирования расхода цемента следует уменьшить так, чтобы объемная концентрация крупного заполнителя оказалась в допустимых пределах, или принять другие заполнители.

По результатам опытной проверки строят график R,_б = f(R_ц) по которому принимают действительное значение расхода цемента и затем уточняют расходы других материалов



Выводы

В результате работы был изучен конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон, а так же запроектирован его состав, отвечающий заданным свойствам и характеристикам.

При проектировании состава бетона должны использоваться материалы, строго соответствующие стандартам.

Для получения бетона удовлетворяющего заданным свойствам его состав проектируют по строгим зависимостям и учитывают влияние всех факторов на процесс структурообразования проектируемого бетона.

Конструкционно-теплоизоляционный керамзитобетон обладает рядом преимуществ, одним из которых является возможность его использования в качестве самонесущего и теплоизоляционного материала. Поэтому для этих бетонов наряду с прочностью очень важное значение имеет плотность бетона.

Но минусом данного изделия является довольно высокая цена. Поэтому повсеместное применение этого вида бетона не распространено.



Список литературы

1. Баженов Ю.М. Технология бетона: Учеб. пособие для техн. спец. строит. вузов. 3-е изд., перераб.-М.:Высш. шк., 2002.-500 с.

2. Ильющенко А.С. «Определение состава различных видов бетона». Методические указания к КР по курсу “Бетоноведение”

3. ГОСТ 25820-83 «Бетоны легкие. Технические условия»

4. ГОСТ10178-76 «Цемент для строительных работ. Технические условия»

5. ГОСТ 23732-79 « Вода для бетонов и растворов. Технические условия»

6. ГОСТ 9759 - 76 «Пористые заполнители для бетона. Технические условия»

Размещено на Allbest.ru