Бетонна епопея
2006-11-01 10:43:02
Основним матеріалом, який традиційно застосовують у всіх областях будівництва, є бетон. В даний час виробництво бетону та залізобетону в Україну характеризується докорінною зміною інфраструктури. Головна причина – перехід від повнозбірних будівництва із залізобетонних виробів до спорудження об'єктів з монолітного бетону. Природно, змінюються вимоги до проектування, забезпечення властивостей бетонних сумішей і бетонів з урахуванням впливу найрізноманітніших технологічних і кліматичних факторів. Крім того, за останнє десятиліття технологія бетону збагатилася засобами регулювання, досягнення і підтримки заданих властивостей бетонних сумішей і бетонів. Це, – насамперед, високоефективні хімічні і мінеральні добавки нової генерації, фібра, текстиль і так далі. З їх застосуванням досліджені і встановлені нові закономірності в бетоноведенії, створено бетони нового покоління. Такі бетони з успіхом застосовуються в різних країнах при зведенні висотних будівель, мостів, тунелів, складних об'єктів типу морських бурових установок тощо. Досягнуто необхідний ступінь технологічності бетонних робіт, скорочення трудовитрат, різке зниження складнощів догляду за бетоном і дуже високі показники міцності і довговічності. ПЛЮСИ І МІНУСИ БЕТОНУ Бетон на неорганічних в'яжучих речовинах є композиційний матеріал, що отримується в результаті формування і твердіння раціонально підібраної бетонної суміші, що складається з терпкої речовини, води, заповнювачів і спеціальних добавок. Склад бетонної суміші повинен забезпечити бетону до визначеного терміну задані властивості (міцність, морозостійкість, водонепроникність і ін.) Перевагами бетону та залізобетону є: – низький рівень витрат на виготовлення конструкцій у зв'язку з застосуванням місцевої сировини; – можливість застосування в збірних і монолітних конструкціях різного виду та призначення; – механізація і автоматизація готування бетону і виробництва конструкцій; – при належній обробці бетон дозволяє виготовляти конструкції оптимальної форми з точки зору будівельної механіки і архітектури; – бетон довговічний і вогнестійкий, а його щільність, міцність і інші характеристики можна змінювати в широких межах і одержувати матеріал із заданими властивостями. Недоліком бетону – як і будь-якого кам'яного матеріалу, є низька міцність на розтяг, яка в 10-15 разів нижче міцності на стиск. Цей недолік усувається в залізобетоні, коли розтягуючі напруги сприймає арматура. Близькість коефіцієнтів температурного розширення і міцне зчеплення забезпечують спільну роботу бетону і сталевої арматури в залізобетоні, як єдиного цілого. Завдяки цьому бетони різних видів і залізобетонні конструкції з них є основою сучасного будівництва. КЛАСИФІКАЦІЯ БЕТОНІВ По виду в'яжучого виділяють: – цементні (найбільш поширені); – силікатні (вапняно-кремнеземисті); – гіпсові, змішані (цементно-вапняні, вапняно-шлакові і т.п.); – спеціальні – застосовуються при наявності особливих вимог ( жаростійкості, хімічної стійкості та ін.) По виду заповнювача бетони діляться на: – щільні; – пористі; – на спеціальних заповнювачах, що задовольняють особливі вимоги (захист від випромінювань, жаростійкість, хімічну стійкість і т.п.). У правильно підібраної бетонної суміші витрата цементу складає 8-15%, а заповнювачів – 80-85% (за масою). У вигляді заповнювачів використовують місцеві кам'яні матеріали: пісок, гравій, щебінь, а також побічні продукти промисловості (наприклад, дроблені і гранульовані металургійні шлаки). В залежності від щільності розрізняють бетони: – особливо важкі – щільністю більше 2500 кг/м3, виготовлені на особливо важких заповнювачах (з магнетиту, бариту, чавунного скрапу та ін); ці бетони застосовують для спеціальних захисних конструкцій; – важкі – щільністю 2200 – 2500 кг/м3 на піску, гравії або щебені з важких гірських порід; застосовують у всіх несучих конструкціях; – полегшені – щільністю 1800-2200 кг/м3; їх застосовують переважно в несучих конструкціях; – легкі – щільністю 500-1800 кг/м3. До них в свою чергу відносяться: а) легкі бетони на пористих природних і штучних заповнювачах; б) комірчасті бетони (газобетон і пінобетон) з суміші в'яжучого, води, тонкодисперсного кремнеземистого компонента і порообразователя; в) великопористі (беспесчание) бетони на щільному або пористому крупному заповнювачі без дрібного заповнювача; – особливо легкі (ніздрюваті і на пористих заповнювачах) – щільністю менш 500 кг/м3, використовувані в якості теплоізоляції. МАРКИ І КЛАСИ БЕТОНІВ При проектуванні бетонних і залізобетонних конструкцій призначають необхідні характеристики бетону: клас (марку) міцності, марки морозостійкості і водонепроникності. За проектну марку бетону по міцності на стиск приймають опір осьовому стиску (кгс/см2) еталонних зразків-кубів. За проектну марку бетону за міцністю на осьовий розтяг приймають опір осьовому розтягуванню (кгс/см2) контрольних зразків. Ця марка призначається тоді, коли вона має першорядне значення. Проектна марка бетону по морозостійкості характеризується числом циклів поперемінного заморожування і відтавання, яке витримує зразки в умовах стандартного випробування, і призначається для бетону, що піддається багаторазовому впливу негативних температур. Проектна марка бетону по водонепроникності характеризується одностороннім гідростатичним тиском (кгс/см2), при якому зразки бетону не пропускають воду в умовах стандартного випробування, і призначається для бетону, до якого пред'являються вимоги по щільності і водонепроникності. Проектну марку бетону по міцності на стиск контролюють шляхом випробування стандартних бетонних зразків: для монолітних конструкцій у віці 28 діб., Для збірних конструкцій – у строки, встановлені для даного виду виробів стандартом або технічними умовами. Проектну марку бетону монолітних конструкцій дозволяється встановлювати при спеціальному обгрунтуванні у віці 90 або 180 діб. в залежності від термінів завантаження, що дозволяє економити цемент. Міцність бетону визначають шляхом випробування зразків, які виготовляють серіями; серія, як правило, складається з трьох зразків. Межа міцності при розтягуванні зростає при підвищенні марки бетону по міцності при стисненні, однак збільшення опору розтягуванню сповільнюється в області високоміцних бетонів. Тому міцність бетону при розтягу складає 1/10-1/17 межі міцності при стисненні, а межа міцності при вигині – 1/6-1/10. Однорідність міцності бетону Бетон повинен бути однорідним – це найважливіше технічне та економічне вимога. Для оцінки однорідності бетону даної марки використовують результати контрольних випробувань бетонних зразків за певний період часу. Міцність бетону залежить від коливання в якості цементу і заповнювачів, точності дозування складових, ретельності приготування бетонної суміші й інших факторів. Для підвищення однорідності бетону необхідно застосування цементу і заповнювачів гарантованої якості, підвищення рівня технологічної дисципліни, автоматизація виробництва. Отже, для нормування міцності необхідно використовувати стандартну характеристику, яка гарантувала б отримання бетону заданої міцності з урахуванням можливих її коливань. Такий характеристикою є клас бетону. Клас бетону – це числова характеристика якої-небудь його властивості, прийнята з гарантованою забезпеченістю 0,95. Це означає, що встановлена класом властивість забезпечується не менш ніж в 95 випадках з 100 і лише в п'яти випадках можна чекати його не виконаним. Бетони підрозділяються на класи: В1; В 1,5; В2; В2, 5; В3, 5; В5; В7, 5; В10; В12, 5; В15; В20; В25; ВЗО; В40; В45; В50; В55; В60. Співвідношення між класом і марками бетону по міцності при нормативному коефіцієнті варіації v = 13,5%. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ Теплофізичні властивості бетону Теплопровідність – найбільш важлива теплофізичні характеристики бетону, особливо при використанні в огороджувальних конструкціях будівель. Теплопровідність важкого бетону в повітряно-сухому стані 1,2 Вт / (м. ° С), тобто вона в 2-4 рази більше, ніж у легких бетонів (на пористих заповнювачах і комірчастих). Висока теплопровідність є недоліком важкого бетону, тому панелі зовнішніх стін з важкого бетону виготовляють з внутрішнім шаром утеплювача. Теплоємність важкого бетону змінюється у вузьких межах-0 ,75-0, 92 Вт / (м. ° С). Лінійний коефіцієнт температурного розширення бетону становить близько 0,0000 ГС, отже, при збільшенні температури на 50 ° С розширення досягає приблизно 0,5 мм / м. Для уникнення розтріскування споруд великої протяжності бетон розрізають температурно-усадкових швами. Крупний заповнювач і розчин, як складові бетону, мають різний коефіцієнт температурного розширення і по-різному деформуються при зміні температури. Великі коливання температури (понад 80 ° С) зможуть викликати внутрішнє розтріскування бетону в результаті різного теплового розширення великого заповнювача і розчину. Характерні тріщини поширюються по поверхні заповнювача, деякі з них утворюються в розчині, а іноді і в слабких зернах заповнювача. Внутрішнє розтріскування можна запобігти, якщо правильно підібрати складові бетону з близькими коефіцієнтами температурного розширення. Морозостійкість Морозостійкість бетону визначається шляхом поперемінного заморожування в холодильній камері при температурі від 15 до 20 ° С і відтавання у воді при температурі 15-20 ° С бетонних зразків-кубів з розмірами ребра 10, 15 або 20 см (в залежності від найбільшої крупності заповнювача) . Зразки випробовують після 28 діб витримування в камері нормального тверднення або через 7 діб після теплової обробки. Контрольні зразки, призначені для випробування на стиск в еквівалентному віці, зберігають у камері нормального тверднення. Морозостійкість бетону залежить від якості застосованих матеріалів і капілярної пористості бетону. Обсяг капілярних пір робить вирішальний вплив на водопроникність і морозостійкість бетону. Морозостійкість бетону значно зростає, коли капілярна пористість менше 7%. Встановлено марки по морозостійкості: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500 Водонепроникність Для зменшення водонепроникності в бетон при його виготовленні вводять ущільнюючі (алюмінат натрію) і гідрофобізующіе добавки. Нафтопродукти (бензин, гас та ін) мають менше, ніж у води, поверхневий натяг, тому вони легше проникають через звичайний бетон. Для зниження фільтрації нафтопродуктів у бетонну суміш вводять спеціальні добавки (хлорне залізо та ін.) Проникність бетону по відношенню до води і нафтопродуктів різко зменшується, якщо замість звичайного застосовують розширюється портландцемент. За водонепроникності бетон ділять на марки W2, W4, W6, W8 і W12, де марка позначає тиск води (кгс/см2), при якому зразок-циліндр висотою 15 см не пропускає воду в умовах стандартного випробування. Деформативні властивості бетону Конгломератная структура бетону визначає його поведінку при зростаючій навантаженні осьового стиснення. Область умовно пружної роботи бетону – від початку навантаження до напруги стиснення, при якому по поверхні зчеплення цементного каменю з заповнювачем утворюються мікротріщини. Досліди підтвердили, що при невеликих напругах і короткочасному навантаженні для бетону характерна пружна деформація, подібна деформації пружини. Модуль пружності бетону зростає при збільшенні міцності і залежить від пористості: збільшення пористості бетону супроводжується зниженням модуля пружності. При однаковій марці по міцності модуль пружності легкого бетону на пористому заповнювачі менше в 1,7-2,5 рази важкого бетону. Ще нижче модуль пружності пористого бетону. Таким чином, пружними властивостями бетону можна управляти, регулюючи його структуру. Повзучість (збільшення деформацій бетону в часі при дії постійної статичного навантаження) залежить від виду цементу і заповнювачів, складу бетону, його віку, умов твердіння та вологості. Менша повзучість спостерігається при застосуванні високомарочних цементів і щільного заповнювача – щебеню із вивержених гірських порід. Пористий заповнювач посилює повзучість, тому легкі мають велику повзучість в порівнянні з важкими бетонами. Передчасне висихання бетону погіршує структуру і збільшує його повзучість. Однак насичення водою затверділого бетону може викликати зростання повзучості. Повзучість і пов'язана з нею релаксація напружень може грати негативну роль. Наприклад, повзучість бетону призводить до втрати натягу; в попередньо напружених залізобетонних конструкціях. Усадка і набухання бетону При твердінні на повітрі відбувається усадка бетону, тобто бетон стискається, і лінійні розміри бетонних елементів скорочуються. В результаті усадки бетону в залізобетонних і бетонних конструкціях виникають усадочні напруги, тому споруди великої довжини розрізають усадковими швами, щоб уникнути появи тріщин. Адже при усадці бетону 0,3 мм / м у спорудженні довжиною 30 м загальна усадка складає близько 10 мм. Масивний бетон висихає зовні, а всередині він ще довго залишається вологим. Для зниження усадочних напруг і збереження монолітності конструкцій прагнуть зменшити усадку бетону. Найбільшу усадку має цементний камінь. Введення в бетон заповнювача зменшує кількість в'яжучого в одиниці об'єму матеріалу, при цьому утворюється своєрідний каркас із зерен заповнювача, перешкоджає усадки. Тому усадка цементного розчину і бетону менше, ніж цементного каменю. Бетон зовнішніх частин гідротехнічних споруд, цементно-бетонних доріг періодично зволожується і висихає. Коливання вологості бетону викликають поперемінним деформації усадки і набрякання, які можуть викликати появу мікротріщин і руйнування бетону. ОСНОВИ ВИГОТОВЛЕННЯ кольорового бетону Пігменти для фарбування бетону (порошкові, рідкі або гранульовані), незалежно від технології процесу, повинні відповідати певним вимогам за лугостійкість, світлостійкості і змочуваності, які впливають на сумісність пігментів з іншими компонентами бетонної суміші. Зміст пігментів в бетоні обмежено 10% від ваги портландцементу, попільного пилу та інших в'яжучих компонентів суміші. Рівень дозування, вище якого пігмент не робить впливу на колір бетону, близький до 6% і залежить від типу і кольору пігменту. Багато популярних і економні відтінки можуть бути отримані при дозуванні близькою до 1%. Для отримання оптимальної насиченості кольору матеріал пігменту перемелюється до мікроскопічних часток, нерідко до 1/100 діаметра зерна портландцементу. Ці дрібні частинки змішуються і скріплюються з цементним розчином, який потім перемішується з піском і великим наповнювачем бетонної суміші. Найбільш поширеним типом пігменту є окис заліза. Пігменти на основі окису заліза економічні, довговічні, не роблять значного впливу на екологію, безпечні для здоров'я і широко доступні. Крім мінеральних (рудних) окисів заліза, також використовуються синтетичні. Синтетичні окису забезпечують хорошу насиченість і рівномірність кольору, і, звичайно, мають чотири "базових" кольори: жовтий, чорний і два відтінки червоного (з відтінком жовтого або блакитного). Для отримання зеленого пігменту використовується окис хрому, для блакитного – кобальт. Двоокис титану може бути використана для освітлення бетону, однак для цієї мети частіше використовують білий портландцемент. Отримання широкого спектра кольору бетону досягається змішуванням базових відтінків. Крім самих пігментів, на колір бетону впливають колір цементу, піску і наповнювачів, водо-цементне відношення, текстура поверхні, умови твердіння і дотримання технології обробки поверхні. ДОБАВКИ ДО БЕТОНІВ Світовий досвід свідчить, що отримати бетони високої якості без застосування різних добавок неможливо. На ринку представлені різні типи добавок: – суперпластифікатори – пластифікатори – воздухововлекающие добавки – сповільнювачі – прискорювачі – антифризи – добавки, поліпшують перекачування бетонної суміші. Основним показником, що впливає на механічну міцність бетону є водно-цементне співвідношення (В / Ц). Чим цей показник нижчий, тим вище кінцеві механічні характеристики міцності бетону. Але при зниженні В / Ц без застосування пластифікаторів погіршуються показники рухливості бетону. Погіршення рухливості, не дозволяє якісно укласти бетонну суміш і потрібні додаткові енерговитрати для укладання такого бетону. Правильний підбір пластифікуючих добавок дозволяє знизити кількість води в бетонній суміші без зміни її легкоукладальності. Наступною важливою причиною використання суперпластифікаторів є зниження витрати цементу. Використання добавок дозволяє знизити споживання цементу в бетоні без зміни показників кінцевої міцності бетону і рухливості укладається суміші. Зниження витрати цементу крім економічного ефекту дає можливість знизити термальні навантаження бетонної конструкції, що призводять в іншому випадку до утворення тріщин і усадок. На українському ринку представлено багато різних пластифікуючих добавок: від найпростіших на основі лігносульфонатів, що дають мінімальне зниження води в бетонній суміші, до високотехнологічних акрилових суперпластифікаторів нового покоління з максимальною водозниження суміші і абсолютно нейтральних до металевої арматури. Таким образом, использование современных высокотехнологичных добавок дает массу преимуществ: — увеличение долговечности конструкции; — отличные показатели ранней и конечной прочности; — снижение водо-цементного соотношения при сохранении высокой подвижности смеси; — снижение термических напряжений и микротрещин в результате исключения или сокращения пропарочной обработки; — снижение температуры гидратации в массивных бетонных конструкциях и, как следствие, снижение усадок и трещинообразования; — отсутствие каверн, раковин и пустот внутри и на поверхности бетона; — улучшение показателей морозостойкости и водостойкости бетона; — снижение энергозатрат на укладку бетона; — оптимальное время выдержки; — уменьшение расхода цемента.
ДЖЕРЕЛО: Капстроітельтво