СВОЙСТВА БЕТОНОВ, ПОЛИМЕРБЕТОНОВ, ПОЛИМЕРОВ

Свойства бетонов

Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в результате отвердения тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Смесь из названных материалов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

После перемешивания компонентов бетонная смесь должна иметь заданную удобоукладываемость, оцениваемую подвижностью или жесткостью (ГОСТ 10060—87). Подвижность бетонных смесей характеризуется осадкой стандартного конуса в сантиметрах.

Для приготовления бетона наиболее широко среди минеральных веществ используются портландцемент и шлакопортландце- мент. Цемент и вода являются активными составляющими бетонной смеси. Цементное тесто, образующееся при затворении цемента водой, обволакивает зерна заполнителя — песка, щебня или гравия, заполняет промежутки между зернами. Фактически это своеобразная смазка, придающая бетонной смеси необходимую подвижность. Затвердевая, цементное тесто переходит в камневидное состояние и надежно связывает зерна заполнителя. Заполнитель образует жесткий скелет бетона и уменьшает его усадку, возникающую в результате усадки цементного камня при твердении. Применяя различные заполнители, в том числе на основе отходов, получают бетоны с разными физико-химическими свойствами. В качестве заполнителей, которые занимают до 80 % объема бетона, используют мелкие или крупные зерна: плотные из горных пород или шлаков (с плотностью зерен более 2000 кг/м3), пористые (искусственные или природные), специальные.

К специальным бетонам относят:

0 жаростойкие — для температуры выше 200 °С;

О химически стойкие — устойчивые к химическому воздействию агрессивных сред;

О декоративные — для отделки зданий и сооружений;

О радиационно-защитные — для защиты от воздействия радиационных излучений;

О теплоизоляционные—для тепловой защиты зданий и сооружений.

Согласно ГОСТ 25192—82, бетоны классифицируются по основному назначению, виду вяжущего, типу заполнителей и структуре.

По структуре бетоны делятся на плотные, у которых все пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя занимает затвердевшее вяжущее с порами вовлеченного воздуха, пори- зованные, ячеистые и крупнопористые, получаемые за счет применения добавок.

Качество бетона оценивается по классам и маркам:

О классы по прочности устанавливаются при сжатии (В 1—В60) и растяжении (Bt0,8—Bt3,2) в МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95;

  • 0 марки по морозостойкости F15—F600 определяют по стандартной методике (ГОСТ 10060-87);
  • 0 марки по водопроницаемости W2—W12 определяют по максимальному давлению воды, при котором не наблюдается ее просачивание через образцы (ГОСТ 12730.4—78);
  • 0 марки по средней плотности D500—D2000 устанавливают для конструкционных легких и ячеистых бетонов в кг/м3.

Влияние воды и цемента в бетонах учитывают их отношением В/Ц. Меняя цементно-водное отношение Ц/В (величина, обратная В/Ц), на разных марках цемента можно получить бетоны одинаковых марок (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1. Типы бетонов в зависимости от марки цемента

Марка

бетона

М100

М150

М200

мзоо

М400

М500

Марка

цемента

300

300-400

400

400-500

500-550

600

При качестве заполнителей бетона, отвечающем требованиям ГОСТ 10266—80, прочность тяжелого бетона в зависимости от

марки (активности) цемента и В/Ц может рассчитываться по формуле

где Rq — прочность бетона в 28-суточном возрасте; Ru марка цемента или его активность; А = 0,6 — коэффициент, учитывающий качество заполнителя.

Для случаев, когда в бетонах используются легкие заполнители — керамзит, вспученный перлит и др. с прочностью 1—5 МПа, используют формулу В.Г. Довженко для плотных керамзитобето- нов

где RK прочность керамзитового гравия, МПа; Rp прочность на сжатие растворенной части бетона, МПа; А — эмпирический коэффициент, принимаемый от 2 до 3 в зависимости от прочности керамзита (меньшее значение для прочного заполнителя).

Эту формулу можно также использовать при определении прочности легких бетонов на вспученном перлите, туфе, аглопо- рите и др. Прочность растворной части рассчитывают по формуле Ю.В. Баженова

При получении сборного железобетона в основном применяют конструкционные цементные бетоны — тяжелые (плотной структуры на плотных заполнителях) и легкие (плотной или пори- зованной структуры на пористых заполнителях), а также ячеистые бетоны.

При изготовлении строительных и санитарно-технических изделий и конструкций используются различные виды бетонов.

Золошлаковые бетоны используют в различных областях строительства (кроме верхних слоев покрытий автомобильных дорог, оболочек градирен, отводов дымовых труб), а также для конструкций, армированных термически упрочненной сталью, склонной к коррозионному растрескиванию. Здесь вместо тяжелых природных заполнителей (песка, гравия и щебня) применяются зола, шлаки, их смеси, а также легкие (пористые) искусственные заполнители — керамзит, аглопорит. На этой основе изготовляются

бетоны марок по прочности М50—М500, водопроницаемости W2-W12, морозостойкости F50-F300.

Шлакощелочной бетон (ШБ) — искусственный камень, полученный после формования и последующего твердения смеси крупного и мелкого заполнителей, молотого шлака и раствора щелочного компонента. При этом получают бетоны с плотной, крупнопористой ячеистой структурой.

Прочность ШБ регулируют, меняя плотность щелочного компонента. Например, используя растворимые силикаты натрия, получают высокопрочные бетоны.

Морозостойкость ШБ в 2—3 раза выше, чем у цементного бетона. В зависимости от вида шлака и первичного компонента она соответствует 200—1000 циклам попеременного замораживания и оттаивания.

Водопроницаемость ШБ определяется плотностью структуры затвердевшего камня, количеством замкнутых гелевых пор и мик- ропор, высокими адгезионными свойствами вяжущего по отношению к заполнителям и другими характеристиками.

ШБ — коррозионно- и биостойкий материал, коррозия арматуры в нем ниже, чем в портландцементных.

Тяжелые бетоны на шлакощелочном вяжущем относятся к конструкционным бетонам, а легкие бетоны разделяют на три класса:

О конструкционно-легкие ШБ классов В15—В50 (М200—М600) при средней плотности 1500—1800 кг/м3, изготовляемые на керамзите, доменном гранулированном шлаке, аглопорите, шлаковой пемзе, отходах древесины;

  • 0 конструкционно-теплоизоляционные со средней плотностью 500—1400 кг/м3, имеющие прочность при сжатии 3,5—40 МПа и теплопроводность 0,17-0,48 Вт/(м • К);
  • 0 теплоизоляционные на основе вспученного перлита при плотности 170—450 кг/м3, имеющие прочность при сжатии 0,25—2 МПа и теплопроводность 0,059-0,13 Вт/(м • К).

Стеклобетон — бесцементный бетон, где в качестве вяжущего используют стекольные отходы. Стеклобой в тонкодисперсном состоянии является гидравлическим вяжущим автоклавного твердения. Если в естественных условиях и при пропаривании он не проявляет вяжущих свойств, то при автоклавной обработке образуются низкотемпературный кварц, кристобалит и в небольших количест-

вах низкоосновные гидросиликаты натрия. На активность вяжущего из стеклобоя влияют его химический состав, тонина помола, водовяжущее отношение и параметры автоклавной обработки.

Влияние тонины помола стеклобоя, выраженное через удельную поверхность вяжущего, представлено в табл. 4.2. Увеличение тонины помола обеспечивает рост прочности стеклобетона за счет более высокой растворимости тонкодисперсного стекла. При этом возникает большое количество центров кристаллизации и образуется множество контактов между частицами стеклобоя и заполнителем. Наиболее оптимальным является помол до удельной поверхности 400—450 м2/кт.

Таблица 4.2. Прочностные показатели стеклобетона в зависимости от удельной поверхности стекольного вяжущего (при водовяжущем отношении, равном 0,35)

Удельная поверхность вяжущего, м2/кг

Средняя плот- ность, кг/м3

Прочность, МПа

D

СЖ

D

^ИЗГ

248

1895

20,3

1,4

296

1900

29,5

4,55

360

1900

36,3

6,1

408

1905

37,6

6,35

460

1910

39,1

6,6

514

1905

40,4

6,75

553

1910

41,1

6,95

На прочность стеклобетона значительно сильнее, чем на плотность цементного бетона, влияет водовяжущее (водостекольное) отношение. Излишняя вода в стеклобетонной смеси понижает pH среды, в результате чего интенсивность растворения аморфного кремнезема падает. Зависимость свойств стеклобетона от водостекольного отношения представлена на рис. 4.1.

Фиброцемент — бетонная матрица, равномерно армированная искусственными волокнами — фибрами. Армирование бетонов позволяет существенно повысить их прочность на растяжение, трещиностойкость, ударную вязкость, износостойкость и сопротивление термическому воздействию. Так, при армировании вяжущих материалов волокнами прочность цементного камня при

растяжении и изгибе увеличивается на 50—240 %, прочность при сжатии — на 90 % для цементного раствора и на 15 % для бетона, ударная вязкость, сопротивление истиранию, стойкость против замораживания и оттаивания бетона — на 200 %.

Зависимость физикомеханических свойств стекло- бетона от водостекольного отношения (В/С)

Р и с. 4.1. Зависимость физикомеханических свойств стекло- бетона от водостекольного отношения (В/С):

1,2 — влияние В/С на прочность при изгибе (/) и сжатии (2); 3 — влияние В/С на водопогло- шение

За счет дисперсного армирования получают направленную или свободную ориентацию волокон в бетоне.

В качестве армирующих материалов используют волокна из металла, минеральные и органические нити, сетки, тонкие и короткие волокна фибр. Из волокон наиболее распространены полипропиленовые, полиэтиленовые, нейлоновые нити, стекловолокно, стальные фибры и др.

Стеклоцемент — материал на основе цемента и стекловолокна при отсутствии крупного заполнителя. В качестве стекловолокон используются:

  • 0 тип А — щелочные волокна на основе оксидов натрия и кальция (система Si02—СаО—А1203) с содержанием щелочей больше 10 % массы;
  • 0 тип Е — бесщелочные боросиликатные волокна (система Si02—СаО—А1203) с содержанием 5—10 % В203;
  • 0 тип С — малощелочные с повышенной химической стойкостью волокон с добавкой небольшого количества Z202, ВаО и Мп304. Диаметр волокон, например бесщелочных БС—7 и кремнеземных КН-11, составляет 6—11 мкм. При содержании армирующих волокон до 10 % прочность композиции при растяжении выше, чем у неармированного состава, более чем в 2 раза.

Полимерстеклоцемент является разновидностью долговечного стеклоцемента на основе портландцемента. Армирование осу-

ществляется отрезками алюмоборосиликатного волокна (ровинга), покрытого защитным полимерным составом, который обеспечивает защиту стеклонитей от щелочной коррозии и увеличивает адгезию между арматурой и матрицей. Полимерстек- лоцемент при содержании ровинга (тканого материала) 1—5 % и плотности композиций 2200 кг/м3 имеет предел прочности при изгибе 20—35 МПа, предел прочности при сжатии 45—75 МПа, ударную вязкость 12—30 кДж/м2.

Качество фиброцемента и стеклоцемента во многом определяется равномерностью распределения фибр и выбора способа формования.

Конструкции из дисперсно-армированных бетонов имеют в 5 раз меньшую массу, чем железобетонные, и в 2—3 раза меньшую стоимость. Их применяют как в сборных, так и в монолитных конструкциях, полах, дорожных покрытиях, в резервуарах, для производства труб, стеновых и кровельных панелей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >