Бетон в промышленном производстве

    Содержание. 

    1.Бетон. 

    2.Основные  свойства бетона.

         2.1.Физические  свойства.

         2.2.Механические  свойства.

         2.3.Технические  свойства. 

    3.Структура  бетона. 

    4.Марки  бетона и область применения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Бетон. 

    Бетонами  называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью. 

    2.Основные  свойства бетона. 

    2.1.Физические  свойства. 

    Плотность и пористость. Под плотностью обычно понимают отношение массы тела к  его объему. При этом для капиллярно-пористых тел различают плотность истинную и кажущуюся.

    Истинная плотность р представляет собой отношение массы тела т к его абсолютному объему, т. е. к объему твердой фазы объема, занимаемого пустотами.

    Кажущаяся плотность mv — это отношение массы  тела т к геометрическому объему V, занимаемому телом в пространстве (объем твердой фазы плюс объем пор и пустот).

    Кажущуюся плотность чаще называют объемной массой. Как истинная плотность, так и  объемная масса имеют размерность  кг/м3, г/см3 или т/м3. Экспериментальное  определение истинной плотности  и объемной массы бетона следует производить в соответствии с правилами, изложенными в ГОСТ 12730—67 «Бетон тяжелый. Методы определения объемной массы, плотности, пористости и водопоглощения».

    При изучении структуры бетона нас чаще интересует не истинная плотность этого  материала, а относительная, т. е. степень заполнения его объема твердой фазой. Относительная плотность, которую в дальнейшем изложении мы будем называть просто плотностью, характеризуется показателем плотности Р, представляющим собой отношение объемной массы бетона mv к его истинной плотности р

    В технологии бетона для оценки плотности  подобранного состава бетонной смеси  пользуются показателем межзерновой  плотности А, представляющим сумму  абсолютных объемов составляющих бетон  материалов (в долях целого) в 1 м3 затвердевшего бетона.

    Пористость  бетона зависит от вида и назначения бетона.

    Обычные бетоны на плотных природных заполнителях имеют объем пор порядка 8—10% от общего объема бетона. Эта величина складывается из пористости цементного камня, пористости крупного заполнителя, обычно небольшой (например, у гранита П = 0,2—0,8%) и пористости, которая иногда возникает в зоне контакта цементного раствора с крупным заполнителем.

    Легкие  плотные бетоны на пористых заполнителях имеют более значительную пористость за счет пористости крупного заполнителя, которая бывает обычно довольно высокой.

    Общая пористость керамзитобетонов колеблется в пределах 35—62%, а ячеистых еще  выше и достигает 75—85% от общего объема бетона.

    Объемный  вес бетона колеблется в довольно широких пределах и зависит от состава бетона, рода примененных заполнителей и технологии изготовления. Объемный вес тесно связан с пористостью; чем выше пористость, тем ниже объемный вес. 

    2.2.Механические  свойства. 

    Кубиковая прочность является весьма условной характеристикой прочности бетона в конструкции. Теория и практика показывают, что при испытании образцов на сжатие разрушение их происходит от разрыва материала при растяжении в поперечном направлении. Так как при сжатии куба одновременно увеличиваются его поперечные размеры, а следовательно, и скольжение материала вдоль опорных плит пресса, между последними и опорными гранями образца возникают силы трения, препятствующие этому скольжению. Вследствие этого деформация образца получается неоднородной, в средней его части она достигает наибольшего размера, по торцам — наименьшего и образец принимает бочкообразную форму. Распределение напряжений в образце при этом носит сложный характер.

    Чем выше коэффициент трения бетона по металлу опорных плит пресса, тем  большую нагрузку приходится прилагать, чтобы преодолеть силы трения и разрушить образец, и тем больший предел прочности он, следовательно, показывает. Для того чтобы в средней части образца образовалась зона беспрепятственного поперечного расширения, т. е. чтобы избежать «эффекта обоймы» за счет сил трения, упрочняющих образец, надо чтобы высота образца превышала размер основания в 3—5 раз. Таким образом, образец призматической формы может правильнее характеризовать прочность бетона, чем кубический.

    Основными характеристиками сопротивления материалов силовым воздействиям являются нормативные сопротивления, устанавливаемые на основании испытаний, проводимых согласно действующим правилам. В нормах проектирования бетонных и железобетонных конструкций нормативное сопротивление бетона сжатию осевому характеризуется временным сопротивлением сжатию в кг/см2 бетонной призмы размером 20X20X80 см, изготовленной и испытанной согласно установленным правилам.

    Прочность бетонной призмы в отличие от кубиковой  прочности называют призменной прочностью бетона.

    Контролировать  призменную прочность в производственных условиях достаточно сложно, вследствие чего текущий контроль качества бетона всегда производят на кубах. Определяют призменную прочность обычно только при проведении научно-исследовательских работ и при необходимости сопоставления фактической призменной прочности изучаемого бетона с величинами нормативного сопротивления сжатию, приведенными в соответствующих главах СНиП.

    Между основной характеристикой качества бетона — его проектной маркой по прочности при сжатии (кубиковой прочностью) и основной характеристикой сопротивления бетона сжатию (призменной прочностью) нет линейной зависимости.

    Кубы  с ребром 20 см редко используют на производстве для контроля прочности  бетона. Гораздо чаще, особенно на заводах железобетонных изделий, для этой цели применяют образцы меньших размеров — кубики 15x15x15 и 10x10X10 см. В ГОСТ 10180—67, кроме того, предусмотрено использование кубов с ребрами 30 см (для бетонов с крупностью заполнителя до 75 мм) и 7,07 см, а также образцов-цилиндров диаметром 7,14, 15 и 19,5 см и высотой соответственно 14,3, 30 и 39 см. 

    2.3.Технические  свойства. 

    При изготовлении железобетонных изделий  и бетонировании монолитных конструкций  самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

    Для оценки удобоукладываемости используют три показателя:  

    подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси;

    жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси;

    связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания. 

    Подвижность бетонной смеси характеризуется  измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью.  

    Жесткость бетонной смеси характеризуется  временем (с) вибрирования, необходимым  для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси  в приборе для определения  жесткости. 

    Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень  важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке  в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей. 

    Удобоукладываемость бетонной смеси. 

    Количество  воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость  бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным  тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси - подвижность и жесткость. 

    Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. 

    Для обеспечения требуемой прочности  бетона величина водоцементного отношения  должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность. 

    3.Структура бетона. 

    Структура оказывает решающее влияние на прочностные  и деформативные характеристики бетона. Она грубо неоднородна  и зависит от многочисленных факторов: зернового состава крупных и  мелких заполнителей, объемной концентрации цементного камня, водоцементного отношения, способов уплотнения, условий твердения, степени гидратации цементного камня и др. 

    Структура бетона формируется в виде пространственной решетки из цементного камня, заполненной  зернами крупных и мелких заполнителей и пронизанной многочисленными микропорами и капиллярами, содержащими химически несвязанную воду, водяные пары и воздух. Поэтому бетон представляет собой капиллярно-пористый каменный материал, в котором нарушена сплошность и присутствуют все три фазы - твердая, жидкая и газообразная. 

    Структура цементного камня в бетоне также  сложна и неоднородна. Цементный  камень состоит из упругого кристаллического состава и наполняющей его  вязкой массы - геля. Сочетание упругой  и вязкой структурных составляющих цементного камня наделяет бетон свойствами упругопластично-ползучего тела. Эти свойства проявляются в поведении бетона под нагрузкой и в его взаимодействии с внешней средой. Для гидратации зерен клинкера и затвердения цементного камня в бетоне достаточно В/Ц не более 0,2. Для лучшей удобоукладываемости бетонной смеси В/Ц увеличивают до 0,5...0,6. Излишек воды испаряется и образует в цементном камне многочисленные поры и капилляры, что снижает прочность бетона и увеличивает его деформативность. Общий объем пор в цементном камне при нормальных условиях твердения составляет 25...40% от объема цементного камня. Размеры их весьма малы: 60...80% объема пор приходится на долю капилляров с радиусом до 1 мкм (104 см). С уменьшением В/Ц пористость цементного камня уменьшается и прочность бетона увеличивается. Поэтому на предприятиях сборного железобетона применяют преимущественно жесткие бетонные смеси (В/Ц = 0,3...0,4). Бетоны из жестких смесей обладают меньшей деформативностью, требуют меньшего расхода цемента. 

    Теории  прочности (максимальных нормальных напряжений, максимальных касательных напряжений и др.), предложенные для других материалов, к бетону неприменимы. Прочностные  и деформативные характеристики бетона в зависимости от его структуры  устанавливают экспериментальным путем. 

    4.Марки  бетона и область применения. 

    М-100 (В 7.5) – самый низкий сорт бетона.   Основная область применения  при  проведении подготовительных работ  перед заливкой монолитных плит и  лент фундамента.  Речь идет о бетонной подготовке, когда на песчаную подушку  укладывают  низкосортный бетон (М-100) и после его затвердения начинают производить арматурные работы.   Также бетоны этой марки используют в дорожном строительстве, в качестве бетонной подушки и для установки  бордюров. 

    М-150 (В 12.5) может применяться для стяжек, полов, фундаментов под небольшие сооружения, однако основное назначение -  для подготовительных работ перед заливкой монолитных плит  фундаментов.