Тяжелый бетон

Тяжелый бетон (средней плотностью 1800—2500 кг/м^:! ) является одним из основных строительных мате­риалов. Его широко применяют для изготовления сбор­ных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, а также для возведения монолитных сооружений различ­ного назначения. Для приготовления тяжелых бетонов применяют обычный портландцемент и его разновидно­сти: быстротвердеющий, пластифицированный и пуццо-лановый, шлакопортландцеМент и др.

Заполнители занимают в бетоне до 80 % объема и су­щественно влияют на его прочность, долговечность и сто-, имость. Lia счет заполнителей сокращают расход цемен­та, повышают прочность и деформативность бетона, чем увеличивают долговечность сооружений.

Стоимость заполнителя составляет почти половину стоимости бетонных и железобетонных конструкций, по­этому применение в качестве заполнителей местных или более дешевых материалов позволяет снизить стоимость строительства, уменьшить объем транспортных перево­зок, сократить сроки строительства.

Заполнители для бетона делятся на мелкие и круп­ные. Мелким заполнителем может служить естественный или искусственный песок, а крупным — щебень и гравий. Зерновой состав, прочность и чистота заполнителя суще­ственно влияют на свойства бетона.

—55-

Песок представляет собой рыхлую смесь зерен. Круп­ность зерен колеблется от 0, 14 до 5 мм. Пески делятся на природные, образовавшиеся в результате выветрива­ния горных пород, и искусственные, получаемые путем дробления твердых горных пород или отходов производст­ва (доменных или топливных шлаков, керамзита, перлита и др.). Чаще всего в природе встречаются кварцевые пески с примесью полевого шпата, слюды и зерен других минералов, которые наиболее пригодны для бетонов. Наибольший эффект достигается при использовании кварцевых песков с шероховатой поверхностью зерен. Такие пески, обладая большим сцеплением с цементным камнем, повышают прочность бетона.

Гравий — рыхлый материал, образовавшийся в ре­зультате естественного разрушения (выветривания) гор­ных пород, состоит из окатанных зерен размером 3—■ 70 мм. У морского и речного гравия зерна более округ­лой (окатанной) формы, чем у горного. Для бетонов предпочтительнее гравий с зернами малоокатанной формы, что улучшает их сцепление с цементным камнем. Щебень получают дроблением горных пород (напри­мер, гранита, диабаза, прочного известняка) на камне­дробилках с отделением зерен размером менее 3 мм. Форма зерен щебня остроугольная. Для изготовления бетона лучше всего подходит щебень, близкий по форме к кубу или тетраэдру. Щебень не должен содержать комков глины, суглинка и других примесей. Загрязнение заполнителя ухудшает качество бетона. Присутствие глинистых и других примесей снижает прочность и моро­зостойкость затвердевшего бетона. Пылеватые глинистые частицы, обволакивающие зерна заполнителя, ухудша­ют их.сцепление с цементным камнем. При нагружеиии такой бетон начинает разрушаться в контактных зонах между цементным камнем и зернами заполнителя.

Находящиеся в заполнителе комья глины или суглин­ка впитывают и хорошо удерживают воду. При отрица­тельных температурах вода замерзает, увеличиваясь в объеме. Это приводит к возникновению дополнитель­ных напряжений в бетоне и его разрушению, т. е. сни­жению морозостойкости конструкций.

Для затворения бетонной смеси и поливки бетона ис­пользуют воду, которая не содержит вредных примесей, препятствующих нормальному твердению бетона. К та­ким примесям относятся соли и кислоты. Болотная во-

._ Kfi_-.

да, богатая органическими примесями, а также сточные воды, содержащие жир. сахар, кислоты и другие вклю­чения, для приготовления бетона непригодны. Обычно используют водопроводную воду, а в ряде случаев —■ морскую, если содержание солей в ней не превышает 5000 мг/л. Нельзя применять морскую воду при бетони­ровании внутренних конструкций жилых и обществен­ных зданий в жарком и сухом климате, так как морские соли могут выступить на поверхность бетона или вызвать коррозию арматуры.

Для улучшения свойств бетонов, исходя из технико-экономических показателей, применяют различные добав­ки. По виду и назначению добавки можно разделить на следующие группы: ускорители твердения; поверхностно-активные; пено- и газообразователи; комбинированные, специальные.

Специальные виды тяжелых бетонов. К специаль­ным бетонам откосят гидротехнические, дорожные, кис-

—62—

лотоупорные, жаростойкие и бетоны для защиты от ра­диоактивных воздействий. Все перечисленные виды бе­тонов отличаются от обычных подбором состава вяжущих и заполнителей, а также введением добавок. %

Гидротехнический бетон отличается повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью против коррозии. Приготовляют его на сульфатостойком и пуццолановом портландцементе с применением высококачественных заполнителей и вве­дением тонкомолотых гидравлических и инертных доба­вок, а также пластифицирующих и гидрофобных до­бавок.

Дорожный бетон должен обладать теми же свойст­вами, что и гидротехнический, плюс повышенной изно­состойкостью. Для его приготовления используют плас­тифицированный или гидрофобный портландцемент, а в качестве крупного заполнителя — гранитный ще­бень.

Кислотоупорный бетон специального назначения слу­жит для облицовки аппаратуры на предприятиях хими­ческой промышленности. Приготовляют его на кислото­упорном цементе и кислотостойких заполнителях (квар­цит или андезит) и затворяют жидким стеклом.

Жаростойкий бетон отличается способностью сохра­нять первоначальную прочность при высоких температу­рах. Для его приготовления используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жид­кое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. За­полнителями служат металлургические шлаки, бой ке­рамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз.

Бетон для защиты от радиоактивных воздействий предназначен для облицовки ядерных реакторов. При­готовляют на обычном портландцементе, шлакопорт-ландцементе или глиноземистом цементе и тяжелых за­полнителях в виде металлического скрапа, чугунной дроби с добавками карбида, бора или хлористого лития. Средняя плотность таких бетонов 2800—5000 кг/м³.'

7.3. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Бетоны со средней плотностью 500—1800 кг/м³ от­носятся к группе легких бетонов, отличающихся высо­кой пористостью.

-63-

По способу создания искусственной пористости лег­кие бетоны делят на: легкие бетоны на легких пористых заполнителях; крупнопористые (беспесчаные) бетоны, изготовляемые с применением однофракционного плот­ного или пористого крупного заполнителя без песка; ячеистые бетоны, структура которых придавлена ис­кусственно созданными ячейками, заменяющими зерна заполнителей.

По назначению легкие бетоны делят на: теплоизоля­ционные, основное назначение которых — обеспечить необходимое термическое сопротивление ограждающей конструкции (средняя плотность.их — менее 500 кг/м³); конструктивные, предназначенные воспринимать значи­тельные нагрузки в зданиях и сооружениях, средняя плотность их—1400—1800 кг/м³; конструктивно-тепло­изоляционные со средней плотностью 500—1400 кг/м³. Легкие бетоны на пористых заполнителях. Природные пористые заполнители (пемзу, туф) используют только в местах их добычи. Из искусственных — керамзит, шлаковая пемза, аглопорит, чаще применяют керамзит (для получения керамзитобетона). Как правило, приме­няют крупные пористые заполнители, мелкие (пористые керамзитовые и перлитовые пески) используют реже. Свойства легких бетонов на пористых заполнителях определяются во многом свойствами заполнителей. У пористых заполнителей низкая средняя плотность (менее 1000 кг/м³), а их прочность обычно меньше проч­ности бетона. Кроме того, они способны поглощать до­вольно много воды. Все это приводит к тому, что проч­ность легких бетонов не подчиняется закону водоце-ментного отношения, а зависит главным образом от марки цемента и его количества.

Бетонные смеси на пористом заполнителе из-за ше­роховатой поверхности И небольшой плотности его зе­рен имеют пониженную удобоукладываемость и требу­ют эффективных методов уплотнения.

Поглощение воды пористыми заполнителями играет положительную роль при твердении бетона, так как во­да, содержащаяся в заполнителе, обеспечивает необхо­димую влажность бетона во время твердения.

При плотности ниже, чем плотность кирпича, бето­ны на пористых заполнителях достаточно прочные и мо­розостойкие, поэтому при одинаковой теплопроводности толщина стен жилых зданий из легкого бетона 250—

—64—

320 мм s(масса 1 м² стены 250—350 кг),, из кирпича — 5Ю—640 мм (масса 1 м² стены 1000—1200 кг).

Конструкционные легкие бетоны применяют для не­сущих конструкций зданий (например, плит перекры­тий) с целью уменьшения массы конструкций, так как основная нагрузка на бетонные конструкции — собст­венный вес бетона.

Ячеистые бетоны на 80—85 % по объему состоят из замкнутых пор (ячеек) размером 0, 5—2 мм, играющих роль заполнителя. Средняя плотность ячеистых бетонов 250—1200 кг/м³. Ячеистые бетоны по способу получения называют пено- и газобетон. Для получения пенобетона тесто из вяжущего и воды смешивают с заранее приго­товленной устойчивой пеной, полученной при интенсив­ном перемешивании воды с пенообразующей добавкой. Газобетон получают, добавляя к смеси вяжущего с во­дой газообразователь (обычно алюминиевую пудру). В щелочной среде вяжущего при взаимодействии алю­миния с водой выделяется водород, вспучивающий массу.

В качестве вяжущего для ячеистых бетонов приме­няют цемент и известь с тонкомолотыми добавками (пе­сок, золы ТЭС, шлаки и т.п.), а также гипс. Ячеистые бетоны на основе извести называют пено- и газосили­катными. Для твердения ячеистых бетонов на цементе и извести используют тепловлажностную обработку в автоклаве.

Ячеистые бетоны из-за высокой пористости харак­теризуются повышенным водопоглощением и соответст­венно низкой морозостойкостью. Однако из них изготов­ляют стеновые блоки и панели, поверхность которых за­щищают от действия воды (окраска, декоративно-защит­ное покрытие). Эффективно применять ячеистые бето­ны в слоистых конструкциях в качестве внутреннего теплоизоляционного слоя.

Легкие бетоны ввиду универсальности свойств при­менимы в различных строительных элементах зданий и сооружений. Так, из легких бетонов на пористых за­полнителях, обладающих низкой теплопроводностью, изготовляют панели для стен и перекрытий отапливае­мых зданий: из напряженного армированного бетона выполняют пролетные строения мостов, ферм, плит для проезжей части мостов; из легких бетонов строят пла­вучие средства.

—65

7.4. СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ

Строительным раствором называют материал, полу­чаемый в результате затвердевания рационально подо­бранной смеси вяжущего вещества (цемента, извести), мелкого заполнителя (песка) и воды, а в необходимых случаях и специальных добавок. До затвердевания этот материал называют растворной смесью.

По назначению строительные растворы бывают: кла­дочные —для кладки из кирпича, штучных камней и блоков; отделочные (штукатурные) — для оштукату­ривания наружных и внутренних поверхностей конструк­ций; специальные — для омоноличивания сборных же­лезобетонных конструкций, для устройства гидроизоля­ции и других специальных целей. Растворы называют по свойствам входящего в них вяжущего (гидравличес­кие, воздушные) и его виду (цементные, известковые, гипсовые и смешанные — цементно-известковые, це-ментно-глиняные, известково-гипсовые).

По средней плотности различают растворы обыкно­венные тяжелые (плотность более 1500 кг/м³), получае­мые на тяжелых заполнителях (природный песок и др.), и легкие (менее 1500 кг/м³), изготовляемые на порис­тых заполнителях (керамзитовый песок, вспученный перлит и др.). Легкие растворы, кроме того, получают с помощью специальных пенообразующих добавок — поризованные растворы.

Растворная смесь должна обладать следующими свойствами: хорошей удобоукладываемостыо и высокой водоудерживающей способностью, легко распределяться по пористому основанию и не давать ему отсасывать в себя воду, необходимую для твердения раствора. За­твердевший раствор должен иметь требуемые прочность и морозостойкость. Прочность строительных растворов характеризуется маркой, определяемой по пределу проч­ности при сжатии образцов-кубов размером 70, 7Х Х70, 7X70, 7 мм.

По прочности на сжатие строительные растворы де­лятся на марки: 4; 10; 25; 50; 75; 100; 150; 200 и 300. Растворы марок 4; 10; 25 изготовляют обычно на изве­сти и местных вяжущих; растворы более высоких ма­рок — на цементно-известковом и цементном вяжущем.

Прочность строительных растворов, так же как и бе­тонов, зависит от марки вяжущего и его количества.

—66—

Однако водовяжущее отношение в данном случае не имеет существенного значения, так как пористое осно­вание, на которое наносят раствор, отсасывает из него воду и количество воды в разных растворах становится приблизительно одинаковым.

Прочностные показатели применяемых кладочных и штукатурных растворов значительно ниже прочност­ных показателей бетонов. Это объясняется тем, что проч­ность кладочных растворов не влияет существенно на прочность кладки из камней правильной формы, а шту­катурные растворы практически не несут никакой на­грузки. Более высокие требования предъявляются к проч­ности растворов для омоноличивания несущих сборных конструкций.

Морозостойкость растворов, так же как и бетонов, определяется числом циклов «замораживания — оттаива­ния» до потери 15 % первоначальной прочности (или 5 % массы). По морозостойкости растворы подразделяют на марки: МрзЮ—МрзЗОО.

С целью экономии цемента при изготовлении раство­ров применяют пластификаторы или в качестве вяжущих используют смесь цемента и извести (цементно-извест­ковые растворы).

В настоящее время для пластификации растворных смесей начинают применять суперпластификаторы — вы­сокомолекулярные поверхностно-активные вещества, вво­димые в растворную смесь в количестве до 1 % массы цемента.

Растворы, как правило, приготовляют на централи­зованных б ето но растворных заводах или растворных уз­лах, что обеспечивает получение продукции высокого ка­чества.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое бетон?

2. Назовите классификацию бетонов по средней плотности, виду вя­жущих и по назначению.

3. Перечислите основные свойства бетона.

4. Что такое класс бетона и какие классы бетона Вы знаете?

5. Какие факторы влияют на прочность бетона?

6. Назовите составляющие тяжелого бетона и перечислите требова­ния, предъявляемые к ним.

—67-

7. Перечислите оборудование и механизмы, применяемые для

транспортировки и укладки бетона.

8. Назовите специальные виды тяжелых бетонов.

9. Перечислите легкие бетоны, их назначение.

10. Назовите виды, назначение и марки строительных растворов.

Глава 8. СБОРНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

8.1. ЖЕЛЕЗОБЕТОН

Железобетон представляет собой строительный мате­риал, в котором соединены в единое целое затвердевший бетон и стальная арматура, совместно работающие в кон­струкции. Основой совместной работы бетона и сталь­ной арматуры является правильный подбор свойств этих материалов, Бетон хорошо сопротивляется сжатию, а арматура обладает значительной прочностью на растя­жение. Бетон при твердении прочно сцепляется со сталь­ной арматурой и оба материала деформируются совмест­но. Плотный бетон защищает арматуру от коррозии и пре­дохраняет ее от непосредственного действия огня.

Основную цель армирования можно пояснить на эле­ментах, работающих на изгиб (балках, ригелях). В та­ких элементах часть поперечного сечения элемента под­вергается сжатию, а другая — растяжению. Если балку изготовить из неармированного бетона, то вследствие низ­кой его прочности на растяжение (1—4 МПа) уже под небольшой нагрузкой бетон в растянутой зоне растрес­кивается (рис. 8.1, а), и балка разрушится. Если же в растянутую зону ввести стальную арматуру, то она примет на себя растягивающие напряжения (прочность стали при растяжении более 200 МПа) и балка, хотя на ней могут появиться трещины, не разрушится даже при больших нагрузках (рис. 8.1, 6). В ряде случаев арми­руют элементы, работающие и на сжатие (колонны, сваи), так как и на сжатие сталь в 5—10 раз прочнее бетона.

Несмотря на свою сравнительно короткую историю (патент на изобретение железобетона был выдан фран­цузу Ж. Монье в 1867 г., хотя железобетон использовался и до него в 1845 г. инженером Г. Е. Паукером в России и в 1849 г. Уилкинсом в Англии), железобетон получил исключительно широкое применение во всех отраслях

_fi8—

Рис. 8.1. Неармированная бетонная (а) и армированная железобетонная (б)

балки

/ — арматура

строительства. Этому спосбствовали его существенные технико-экономические преимущества: возможность ис­пользования дешевых местных строительных материа­лов — песка, щебня и гравия, составляющих до 70—■ 80 % массы железобетона; исключительная долговечность (прочность бетона не снижается во времени и может да­же расти); высокая огнестойкость и др. Железобетон имеет один недостаток — сравнительно большую собст­венную массу. Для снижения массы конструкций реко­мендуется использовать тонкостепные и пустотные кон­струкции, применять облегченные и легкие бетоны на по­ристых заполнителях.

Железобетонные конструкции по способу выполнения могут быть сборными, сборно-монолитными и монолитны­ми. Сборные конструкции изготовляются на специальных заводах железобетонных конструкций в многократно ис­пользуемых формах и средствами транспорта доставля­ются к месту строительства, где из них монтируются зда­ния и сооружения. Сборно-монолитные конструкции со­бираются из элементов заводского изготовления с запол­нением отдельных участков монолитным бетоном на месте строительства. Конструкции из монолитного желе­зобетона изготовляются непосредственно на месте, в ка-

-69—

честве форм используются различного вида опалубки. В этом случае к месту строительства подвозится раздель­но бетон и арматура. Монолитный железобетон в основ­ном применяют в гидротехническом строительстве. В про­мышленном и гражданском строительстве используется сборный железобетон, позволяющий превращать строи­тельную площадку в площадку монтажа сооружений из готовых деталей и конструкций, тем самым облегчить и улучшить условия работы строителей, особенно в зим­нее время, ускорять, а весьма часто и удешевлять строи­тельство.