Бетоны специального назначения.

К таким видам бетонов могут быть отнесены некоторые разновидности тяже-лого бетона (гидро­технический бетон, бетон для дорожных и аэродромных по­кры-тий и др.), а также специальные бетоны по классифика­ции ГОСТ 25192 (жарос-тойкие, химически стойкие, радиационно-защитные, декоративные и др.).

Особенности исходных материалов и основных свойств бе­тонов специальною назначения можно рассмотреть на приме­ре некоторых из них.

Гидротехническим называют бетон, применяемый для воз­ведения сооруже-ний или отдельных их частей, постоянно или периодически омываемых водой, и яв-ляется разновидностью плотных тяжелых цементных бетонов, обладающих свойст-ва­ми, обеспечивающими длительную службу конструкций в ука­занных выше усло-виях. Поэтому с учетом эксплуатационных условий к гидротехническому бетону пре-дъявляют помимо тре­бований по прочности также требования по водонепроницае­мости, а нередко и по морозостойкости.

В зависимости от особенностей конструкции и условий ее работы гидроте-хнический бетон подразделяется на:

— подводный, находящийся постоянно в воде;

—расположенный в зоне переменного уровня воды;

—надводный, находящийся выше зоны переменного уров­ня воды, эпизодиче-ски омываемый водой;

—расположенный во внутренних частях массивных соору­жений.

По пределу прочности при сжатии в возрасте 180 суток нормального твер-дения гидротехнический бетон делят на марки 75, 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500 (8 классов по прочности от В7, 5 до В40), по морозостойкости характеризуется се-мью марками от F50 до F500, по водонепроницаемости в возрасте 180 суток де-лят на 4 марки: W2—W8.

Заполнители должны удовлетворять более высоким тре­бованиям, чем для обычного бетона. Лучше всего применять природные кварцевые пески, а щебень или гравий — из извер­женных или осадочных пород, водостойкость и морозос-тойкость которых подтверждены соответствующими испытания­ми. Содержание глинистых, илистых и пылевидных приме­сей в заполнителях для гидротехничес-кого бетона не должно превышать 1-2%. Заполнители необходимо проверить на со­держание органических примесей: если они дают при испыта­нии окраску темнее эталона, то песок следует проверить ис­пытаниями в растворе, а крупные заполни-тели — в бетоне. Содержание сернокислых и сернистых соединений в пересче­те HaSO₃ допускается не более 1 % (по массе) для песка и 0, 5% для щебня.

Очень важен выбор вида цемента с учетом условий служ­бы гидротехническо-го бетона.

Для подводных частей целесообразно применять пуццолановый портландце-мент или шлакопортландцемент, которые при сравнительно низкой морозостойко-сти достаточно водо­стойки и низкоэкзотермичны. При наличии в воде агрессив­ных агентов применяют сульфатостойкий цемент.

Для надводных частей предъявляют повышенные требо­вания по прочности (не ниже В20), морозостойкости (не ниже F300), водонепроницаемости (не ниже W6). Эти требования обеспечиваются использованием гидрофобного или пласти-фи-цированного портландцемента.

В зоне переменного уровня воды целесообразно использо­вать глиноземистый цемент, если позволяют материальные возможности, или же сульфатостойкий пор-тландцемент с гид­рофобными добавками для повышения его морозостойкости.

Бетон внутренних частей гидротехнических сооружений защищен от внеш-них механических и афесеивных воздействий слоями подводного и надводного бето-на. Поэтому к нему мо­гут быть несколько снижены требования по прочности, водо­стойкости, морозостойкости и водонепроницаемости. Основ­ную опасность для него представляет собственное тепловыде­ление при твердении.

Жаростойкие бетоны предназначены для применения при эксплуатацион-ных температурах от 200 до 1800 °С в течение длительного времени. Примером таких конструкций могут слу­жить дымовые трубы, футеровки печей, котлов, фунда-менты тепловых афегатов. Изготовляют такие бетоны в соответствии с требования-ми ГОСТ 20910.

При воздействие высоких температур на затвердевший портландцемент про-исходит разложение составляющих цемент­ный камень гидросиликатов и гидроалю-минатов кальция, а так­же дегидратация гидроксида кальция. В результате такого про­цесса образуется свободный оксид кальция. Наличие его в за­твердевшем материале опасно тем, что при воздействии влаги он гидратируется с увеличением в объеме, что приводит к ра­стрескиванию бетона и разрушению конструкции. Поэтому в сос-тав жаростойкого бетона на основе портландцемента вво­дят тонкомолотые добав-ки, содержащие активный аморфный кремнезем, который способен связать окись кальция при температуре 700-900°С. В качестве таких добавок применя­ют: моло-тый шамот, кордиерит, золошлак, керамзит, аглопорит, магнезит, периклаз, алю-мохромит. Заполнителями могут служить: шамот, шлаки, золошлаковые смеси, ба-зальт, диабаз, андезит, диорит, керамзит, аглопорит, перлит, бой жаростойкого бе-тона, бой огнеупорного кирпича и др.

При изготовлении жаростойких бетонов в качестве свя­зующего могут ис-пользоваться портландцемент и его разновидности (быстротвердеющий портланд-цемент, шлакопортландцемент), алюминатные цементы (глиноземистый и вы­со-коглиноземистый), силикатные вяжущие (жидкое стек­ло с отвердителем). Тип вяжущего вещества и заполните­лей выбирается с учетом температуры эксплуата-ции конст­рукции.

Для жаростойких бетонов установлены классы по прочно­сти на сжатие от В1 до В40 и классы по предельно допустимой температуре применения от И3 (макси-мальная температура 300° С) до И18 (максимальная температура 1800 °С). Для бе­тонов, предназначенных для изготовления изделий, конструк­ций и сооружений, к которым предъявляют требования по тер­мостойкости, устанавливают марки по тер-мостойкости: Т(1)5— Т(1)40 (водные теплосмены: нагрев—охлаждение в воде); Т(2)10—Т(2)25 (воздушные теплосмены: нагрев—охлаждение на воздухе).

Условные обозначения жаростойких бетонов включают основные призна-ки: вид бетона (BR — бетон жаростойкий); вид вяжущего (Р портландцемент, А — алюминатный цемент, S — силикатное вяжущее), класс бетона по прочности на сжа­тие (В1—В40) и класс бетона по предельно допустимой тем­пературе применения (ИЗ—И18).

Примеры:

1. BR Р В20 И12 — бетон жаростойкий на портландце­менте, класса В20 по прочности на сжатие, температурой при­менения 1200 °С.

2. BR A B35 И16 — бетон жаростойкий на алюминатном цементе, класса В35 по прочности на сжатие, температу­рой применения 1600 °С.

3. BR S B25 И13 — бетон жаростойкий на силикатном вяжущем, класса В25 по прочности на сжатие, температурой применения 1300 °С.

Химически стойкие бетоны предназначены для изготов­ления конструкций и изделий, работающих в условиях воз­действия агрессивных сред: минеральные и органические кис­лоты, соли, растворители и нефтепродукты.

Химически стойкие бетоны изготовляют на специальных вяжущих — на ос-нове фурановых, фурано-эпоксидных, поли­эфирных, карбамидных, акриловых синтетических смол (полимербетоны) и жидкого натриевого или калиевого стекла с полимерной добавкой (полимерсиликатные бетоны).

В качестве заполнителей применяют гранитный щебень, пористые заполните-ли, кварцевый песок и другие материалы, стойкие к воздействию агрессивных сред. Введение химичес­ки стойких наполнителей (кварцевая или андезитовая мука и др.) в состав бетонных смесей позволяет снизить расход до­рогостоящих смол, уме-ньшить усадку и увеличить плотность бетона. Твердение бетона должно происхо-дить в воздушно-сухой среде (в отличие от обычного бетона).

Химически стойкие бетоны классифицируются по химиче­ской стойкости, виду связующего и заполнителей. Критерием оценки химической стойкости является ко-эффициент стойко­стиравный отношению прочности образцов, подвергших­ся воз-действию агрессивной среды в течение 360 суток (при промежуточных сроках 30, 60, 90, 180, 270 суток), к прочнос­ти контрольных образцов.

В зависимости от стойкости в агрессивных средах бетоны подразделяются на:

высокостойкие К_хс > 0, 8;

стойкие 0, 5 ≤ К _хс < 0, 8;

относительно стойкие 0, 3 ≤ К _хс < 0, 5;

нестойкие К_хс < 0, 3.

Прочность на сжатие химически стойких бетонов 30-110 МПа, морозос-тойкость 300—1000 циклов.

Химически стойкий бетон используют для различных видов конструкций и об-лицовки аппаратуры в химической промыш ленности, заменяя им кислотоупорную керамику, листовой сви­нец, тесаный камень и другие дорогостоящие материалы.

Радиационно-защитные бетоны предназначены для надеж­ной защиты персо-нала и окружающей среды от радиоактив­ных воздействий ядерных реакторов АЭС, предприятий по вы­работке изотопов и др., обусловили необходимость создания ра-диационно-защитных материалов. В этих целях наиболее широко применяются особо тяжелые и гидратные бетоны.

Для особо тяжелых бетонов характерна высокая плот­ность — от 2, 5 до 6 т/м³. Это достигается за счет использова­ния тяжелых заполнителей: магнетита, лимонита, барита, ме­таллического скрапа в виде чугунной дроби, металлических стружек и др. К заполнителям для этих бетонов предъявляют особые требования по прочности на сжатие, содержанию А1₂О₃ и Fe₂O₃, водопоглощению.

Особо тяжелые бетоны достаточно эффективно обеспечи­вают биологичес-кую защиту от рентгеновских, -, - и -излучений. Для защиты от воздействий нейтронных потоков наиболее эффективно применение гидратных бетонов, т.е. бе­тонов с повышенным (более 3 % по массе) содержанием хими­чески связанной воды, а следовательно, и ядер водорода. Для их приготовления чаще всего исполь-зуют глиноземистый це­мент, а в качестве заполнителей — лимонит, серпентинит и дру­гие горные породы, содержащие химически связанную воду.

Структура и свойства радиационно-защитных бетонов мо­гут быть существен-но улучшены при использовании добавок суперпластификаторов, тонкодисперсных наполнителей и ком­позиционных вяжущих веществ.