Бетонные смеси

3.  Бетонные смеси

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате формирования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Бетон состоит из большого количества зерен заполнителя (до 80-85% объема), связанных затвердевшим вяжущим веществом. Так как в качестве заполнителей применяют дешевые природные материалы или отходы промышленности, бетон экономически весьма эффективный материал. Современное строительство немыслимо без бетона – бетон стал основным строительным материалом. Это объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов.

Бетонная смесь представляет собой пластично – вязкую массу, сравнительно легко принимающую любую форму и затем самопроизвольно переходящую в камневидное состояние. Таким образом легко получают каменные конструкции и изделия любой заданной формы.

Классификация бетонов и общие технические требования, предъявляемые к ним, изложены в ГОСТ 25192-82.Бетоны классифицируют по средней плотности, виду заполнителей, виду вяжущего, основному назначению. По средней плотности различают бетоны: особо тяжелые – более 2500 кг/м³, тяжелые 1800 – 2500 кг/м³ ,Легкие 500 – 1800 кг/м³, особо легкие – менее 500 кг/м³.

Около 70% от общего объема занимают бетоны, изготавливаемые на портландцементе и его разновидностях, около 25-30% - бетоны на шлакопортландцементе и пуццолановом цементе.

В зависимости от основного назначения бетоны подразделяют на конструкционные и специальные. К конструкционным относят бетоны, которые применяют в промышленном, гражданском, сельскохозяйственном, гидротехническом, транспортном и других видах строительства. К специальным относят теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, напрягающие, декоративные, бетоно - полимеры, полимербетоны и радиационно – защитные бетоны.

В соответствии с требованиями ГОСТ 26633 – 85 по прочности образцов – кубов на сжатие тяжелые бетоны подразделяют на классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60.

Состав. Цемент. Для приготовления цементобетонов применяют различные виды цементов. Выбор цемента производят с учетом особенностей технологии производства бетонных работ, вида и назначения конструкций и сооружений и условий их эксплуатации. Все более широкое применение находят специальные виды цементов.

Мелкий заполнитель. В соответствии с требованиями ГОСТ 10268-80 в качестве мелкого заполнителя для бетона применяют природные, а также дробленые пески. В ряде случаев при бетонировании особо ответственных сооружений применяют обогащенные и фракционированные пески, отвечающие требованиями ГОСТ 8736-85. Выбор песка для бетона производят по показателям его свойств: модулю крупности, зерновому составу, виду и количеству различных примесей (глинистых, пылевидных, илистых частиц и органических соединений), наличию в нем потенциально реакционноспособных пород и минералов, и прежде всего аморфных разновидностей кремнезема, слюды, гипса, серы, асбеста и других вредных примесей.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяют щебень из различных горных пород, домашнего шлака, а также щебень из различных горных пород, домашнего шлака, а также щебень из гравия и гравий (ГОСТ 8267-82, ГОСТ 23254-78,ГОСТ 8268-82,ГОСТ 10260-82 и ГОСТ 10268-80). Выбор крупного заполнителя для бетона определяют по показателям его свойств: крупности и зерновому составу, истинной, средней и насыпной плотности, прочности, содержанию зерен слабых пород, формы зерен, морозостойкости, содержанию пылевидных и глинистых частиц и других вредных примесей.

Вода. Для затворения бетонных смесей применяют воду, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 23732-79. Водородный показатель воды (pH) недолжны быть менее 4 и более 12,5. Вода затворения не должна содержать пленки нефтепродуктов, жиров и масел, а органических поверхностно – активных веществ и сахаров не должно быть более 10 мг/л. Пригодность морской и озерной воды дл затворения, а также для поливки бетона при уходе часто проверяют путем опытных затворений и ухода с последующей оценкой сравнительной прочности бетона в возрасте 28 сут. Недопустима вода болотная, торфяниковая, загрязненная промышленными отходами, сточная.

Добавки. Для улучшения свойств бетонных смесей и бетонов в их состав вводят добавки, которые способствуют снижению расхода цемента, ускорению твердения, твердению при отрицательных температурах, усилению защиты арматуры в железобетоне от коррозии, повышению стойкости бетона в различных агрессивных средах. Добавки к бетону делят на пластифицирующие, воздухововлекающие, газообразующие, уплотняющие, регулирующие сроки схватывания, ускоряющие твердение, противоморозные и ингибиторы коррозии арматуры. В последние годы все более широкое применение в практике производства бетонных работ находят высокоэффективные разжижители бетонной смеси – суперпластификаторы. С их введением в смесь осадка конуса возрастает с 1-2 до 20-22 см, что позволяет снижать водопотребность смеси и уменьшать расход цемента. При неизменном расходе цемента можно получать бетоны высокой прочности (60-80 МПа). Для регулирования свойств бетонных смесей и бетонов в смесь вводят комплексные добавки: хлористый кальций – ускоритель твердения в сочетании с нитритом натрия – ингибитором коррозии арматуры; ЛСТ – пластифицирующая добавка и хлористый кальций – ускоритель твердения; ЛСТ и воздухововлекающая добавка – СНВ (ЛСТ+СНВ) и другие сочетания.

Основные свойства бетонной смеси и способы ее оценки. Основными свойствами бетона являются прочность по видам нагрузок, ее изменение во времени, плотность, водонепроницаемость, морозостойкость, упруго - пластические свойства ( усадка, ползучесть, кратковременные деформации ) и ряд других специальных свойств.

При постоянном качестве заполнителей, способе уплотнения и условиях твердения прочность бетона зависит от марки (активности) цемента и водоцементного отношения В/Ц:

Rá=f(Rö;Â/Ö)

Закон водоцементного отношения справедлив одного возраста, твердевших в одинаковых температурно-влажностных условиях, при одинаковой степени уплотнения.

Прочность при растяжении при изгибе (Па) определяются по ГОСТ 10180-78:

R

где Р - разрушающая нагрузка, Н;

l – расстояние между опорами, м;

b и h – соответственно ширина и высота балки, м.

Прочность бетона с щебнем при растяжении при изгибе на 15 – 20% выше, чем с гравием. При использовании известнякового щебня этот показатель выше, чем в случае применения гранитного щебня.

Если твердение бетона происходит в благоприятных условиях, то его прочность непрерывно увеличивается и в возрасте 3 лет может удваиваться по сравнению с мрачной (28 сут.), что позволяет экономить цемент. Наиболее быстро растет прочность бетона при его твердении в воде.

Прочность бетона со временем изменяется, примерно, по логарифмическому закону. Исходя из этого при расчетах прочности бетона для разных сроков можно пользоваться приближенной эмпирической формулой:

Rn=

где Rn – предел прочности бетона при сжатии на n-e сутки, МПа;

 - предел прочности на 28 сут. МПа;

lg28 и lg n – десятичные логарифмы возраста бетона, выраженного в сутках.

Эта формула, однако, применима только для бетона на обычном портландцементе средних марок и обеспечивает удовлетворительную прочность при n≥3. При нормальных условиях твердения бетонных образцов их средняя прочность в 7-суточном возрасте составляет 0,6 – 0,7 марочной прочности. В возрасте 3 мес. прочность образцов выше марочной примерно на 10 – 15%, а в возрасте 1 год – на 30-40%. На скорость роста прочности бетона влияет минералогический состав цемента и начальное содержание воды в бетонной смеси. Высокоалитовые цементы твердеют быстрее, чем белитовые; жесткие смеси обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Бетоны, твердеющие в воздушно – сухой среде, в зависимости от состава и вида цемента могут снижать прочность до 50% и иметь низкую стойкость. При этом арматура подвергается коррозии. Наиболее благоприятными условиями для твердения бетона являются влажные условия.

Плотность бетона зависит от пористости цементного камня, заполнителей и степени уплотнения бетонной воды, ухода за бетоном, т.е. количества испарившейся воды, вида цемента, водоцементного отношения, объема вовлеченного воздуха.

Высокая плотность бетона достигается при тщательно подобранном зерновом составе заполнителей, оптимальном количестве цементного теста, снижении водоцементного отношения, тщательном уплотнении, пониженном количестве воды затворения, оптимальных условиях твердения бетонов в зависимости от вида применяемого цемента, а также при введении в бетонную смесь пластифицирующих добавок.

По водонепроницаемости тяжелый бетон делится на девять марок: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W16, W18, W20 (цифра означает выдерживаемое давление воды). Бетоны, имеющие в основном только тонкие капиллярные поры, практически водонепроницаемы.

Морозостойкость бетонов оценивают числом циклов попеременного замораживания и оттаивания образцов в насыщенном водой состоянии, которое выдерживают бетонные образцы в возрасте 28 сут. без снижения прочности при сжатии более 15% и потери в массе более 5%. Для разных видов и классов бетона число циклов попеременного замораживания и оттаивания различно и колеблется от 50 до 1000.

Ползучесть бетона – это свойство необратимо деформироваться под влиянием длительно действующих нагрузок, а также усадки и других факторов. Ползучесть носит линейный характер без каких – либо существенных разрушений бетона при напряжениях в нем 60% предела прочности при сжатии. При увеличении нагрузок в бетоне развиваются микротрещины и пластические деформации. При напряжениях в бетоне до 90% предела прочности он разрушается.

Ползучесть возрастает с повышением нагрузки на бетон и уменьшается с увеличением длительности твердения. С увеличением значений В/Ц, расхода цемента, подвижности смеси, влажности бетона, деформации ползучести возрастают.

Трещинообразование зависит от прочности, усадки, ползучести бетона. Применение цементов с умеренной экзотермией обеспечивает снижение трещинообразования. Бетонов в ряде сооружений может подвергаться истирающим нагрузкам. С уменьшением значений В/Ц, а также при длительном и качественном уходе за бетоном его износостойкость возрастает.

Практика эксплуатации бетонных и железобетонных конструкций и сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико–химического воздействия жидкостей и газов бетон может разрушаться. Коррозия бетона связана с разрушением цементного камня.

Общая задача

Вариант №5

Необходимо вычислить статистические характеристики распределения предела прочности при сжатии бетона по 10 пробам.

Исходные показатели прочности и результаты вычислений приведем в таблице 2.

Вычисляем по формуле (1) среднее арифметическое:

=76,59/10=7,659 МПа.

Дисперсия по формуле (2)

=0,124690/10=0,012469.

Среднее квадратическое отклонение по формуле (3)

σ==0,35 МПа

Коэффициент вариации по формуле (4)

V=0,35/7,659=0,046, или 4,6%.

Вычисления показали, что средняя прочность бетона составляет 7,659 МПа, распределение прочности характеризуется разбросом ±0,35 МПа, изменчивость прочности бетона составляет 4,6%

Таблица 2

№ п/п	Значение полученной величины  МПа	Отклонение от среднего арифметического -	()²
1	7,85	+0,191	0,036481
2	7,81	+0,151	0,022801
3	7,76	+0,101	0,010201
4	7,70	+0,041	0,001681
5	7,67	+0,011	0,000121
6	7,60	-0,059	0,003481
7	7,57	-0,089	0,007921
8	7,55	-0,109	0,011881
9	7,57	-0,089	0,007921
10	7,51	-0,149	0,022201
	Σ 76,59	_	Σ0,124690