Бетоноведение

Ю.М. Баженов
БЕТОНОВЕДЕНИЕ
Реко1vtендовано Yчeбнo-JvtemoдuчecкuJvt объединенuе.Jw вузов РФ
по образованию в области стпроительстпва в качесп�ве учебника
для сп�удентов ВПО, обуча1ощихся по прогршше бакалаврuап�а
по направлен�по 270800 «Стпроитпельство»
(профWlь «Производство и применение сп�роuтельных
материалов, изделий и констпрукций»)
Издательство АСВ
Москва
2015
ББК 38.626.1
УДI( 666.031
Рецензет-апы:
r<афедра «Строигелы-rые материалы и изделия» Московского
государственного отrсрьпого университета им. В.С. Чер:номырдшrа
(зав. r<афедрой, д.т.н:., проф. ЛН Попов);
зав. кафедрой строителы-rого производства и управлеrшя
r-rедвr-DкимостьI() ФГБОУ ВПО «Сибирский государствеm-rый
шщустриальный университет» д.т.н., проф., ме)кдународный
учеr-rый XXI в. С.И Павленко
Баженов Ю.М.
Бетоноведение: Учебншс -М.: Издательство АСВ, 2015. -144 с.
ISBN 978-5-4323-0035-5
Учебr-rик имеет целы-о озr-rакомить с совремеr-rной теорией и
практш<ой бетоr-rоведен:и:я, научигь проектировать составы разлw-1ных видов бетонов, правильно выбирать и применять разлw-пше ви­
ды бетоr-rов.
Учеб1-1ш< создан в соответствии с требовани:я:rvш Федералыrого
государствеrmого образовательного стандарта по r-rаправлев:юо
«Строительство» (r<Вали:фикация «бакалавр») для студеr-rтов учре)К­
дений высшего профессионального образования.
ISBN 978-5-4323-0035-5
© Издательский дом АСВ, 2015
© Бажеr-rов Ю.М., 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
ОдниМir из самых массовых строигеm,ных констру:rщий явшпот­
ся бетонные и )Келезобетоr-rnые, применяемые в самых разЛИЧI-IЬIХ
эксплуатаци:01-п-1ьrх условиях. В да.т-:п--том учебнике подробно рассмот­
рены основы бето1-rоведения.
Бетоноведение включает ос1-rовные сведе1-rия о составе и струк­
туре бето1-rных смесей, структурообразовании бетоr-rов разЛИЧI-IЬIХ
видов, свойствах бетон:ов. В учеб1-rике показаr-rо влияние разш1ЧI-1ьrх
факторов: ви:да :и качества исходньrх компонентов, составов, методов
уплотнения и ускорен:ия тверде1-rия на стру:rстуру и свойства бето�-rов.
Кроме того, дано представление о coвpeмeI-II-IЬIX методах управле1-rия
структурой бето�-rа с помощыо химических и минералъ�-rьrх добавок.
В учебнике показано, что 1-1аличие многообразия вюкущих ве­
ществ, запош-rителей, хИJ.Уmчесrси:х добавок, аrстивн:ых ми:нералы-rьrх
компонентов и технологических приемов позволяет получать бето�-rьr
с самыми разнообраз1-rыми свойствами.
3
ГЛАВА 1. БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ
Бето1-r представляет собой искусстве1-mьrй каме1-1ный материал,
получаемый в результате формоваI-rия и тверде1-rия бетою-1ой смеси,
состоящеи из вяжущего вещества, воды, запол:нителеи и: специальных добавок.
Состав бетон1-rой смеси доmке1-r обеспечить бето1-rу к определен­
ному сроку задан:ные свойства (прочность, морозостойкость, водо1-rепро1-шцаемость и др.).
По виду вmкущего выделтот бетоны: 1) цемеи'IШ,Iе; 2) силю<ат1-1ые (на извесn<ово-кремнеземистом вmкущем); 3) на гипсовом вя­
)Кущем; 4) 1-1а смешанных вmкущих (цемент1-r о-известковых, извест­
ково-ШJiаковых и т.п.); 5 ) 1-ra специалъньrх вmкуrцих (1-rеорга1-rи-с.1еских
и органических), применяемые при 1-rалич�,rи особых требований ()ка­
ростощос'П1, хИJУ.ШЧеской стойкости и др.).
По виду запоmштеля различа1-от бетоны: 1) 1-ra плоnrьrх заполm1телях; 2) 1-ra пористьrх заполнителях; 3 ) r-ra специалъ1-1ьrх заполните­
лях, удовлетворяющих специалыrым требованиям (защиты от излу­
че1-rий, )Каростойr<.ости, химической стойкости и т.п.).
В правильно подобранной бето1-1ной смеси расход цемента со­
ставляет 8-15 %, а запоm-rителей - до 85 % (по массе). Поэтому в
виде заuозшителе:и примеr-IЯI-от местные каме1-п-rь1е материалы: песок,
гравий, щебеr-rь, а таюке побочные продукты промышленност:и (на­
пример, др.обленые и гранулироваю-rь1е металлургические шлаки).
М1-rогие свойства бетоr-rа зависят от его плот1-rости, r-ra велr-rчину
которои влияr-от плотность цеме1-1n-rого камня, вид запоm-rителя и
структура бетонов. По плотности бетоньr делят н:а особо тюкелые с
плотностьr-о более 2500 кг/м3 ; тюкелые - 1800 ...2500 кг/м3 ; лепrnе 600 ...1800 кг/м3; особо лег1а1е- менее 600 кг/м3 .
Легкие .бето1-rы ме1-rее теплопроводны по срав1-1ен:и10 с тюкелыми,
поэтому их примеr-IЯI-от преmvrуществеr-п-rо в 1-rapJ)IOIЬIX огражда:�:ощих
конструrщиях. В несущих конструкциях используют более плотю,1е
и прочные легкие бетоI-IЬI (на пористьrх запошrителях и ячеистые)
средней ПЛОТI-IОСТЫ{) 1200-1800 хсr/м3.
Ср�ДI-IЯЯ плотх-1ость бетонов измеr-rяется в широких пределах: от
300 до 3600 кг/м3 , поэтому и пористость таюке мо)кет быть очень
большой - 70-85 % у яче11стых теплоизоляционньrх бето1-rов и не­
значительн:ой - 8-1 О % у г11дротехническ:и:х бетонов.
Бетон является главньпvr стро11тельным матер11алом, который
примен:я1от во всех областях стро11тельства. ТеХI-1ико-эко1-rом:ичесI<И­
ми преимуществами бетона и )1<елезобето1-rа являются r-rизкий ypoвень За11Jат на изготовле1-rи:е коr-rструкции в связи с приме1-rе1-rи:ем меV
V
v
4
СТI-IОГО СЬiрЬЯ, возмо:>rа-rость приме1-IеfП1Я В сбор:ных :и МОНОЛИП-IЫХ
ко1-rструкц:иях разm1ч1-1ого вида и наз1-1аче1-mя, поШiая механизация и
автоматизац1,rя приготовле1:rия бето1-rа и производства сборньхх ко1-r­
струкций.
Бето1-п-1ая смесь при: 1-rадлежащей обработке позволяет изготов­
лять изделия
оптималь:ной формы с тоЧI<И зре1-rия строительной ме•
хаI-IШ<И и архитектуры.
Бето1-1 долговечен и огн:естоек, его сред1-по10 плотность, проч­
ность и друг11е характеристю<И МО)КНО изменять в пшро1mх пределах
и получать материал с зада1-11-IЬIМИ свойствами. Недостатком бетона,
каr< любого каме1-IНого материала, является 1-шзкая прочность на рас­
тюке1-ше, которая в 10-15 раз 1-rюке пр0Чr1ости на с)катие. Этот недос­
таток устраняется в )1<елезобетоне, когда растягивающие 1-rапрюкеш,rя
восприв:имает арматура. Близость коэффициентов темпера'!урного
расширения и прочное сцепление обеспечивают совмесп-rую работу
бетон:а и стальной арматуры в лселезобето1-1е каr< единого целого.
В силу этих преимуществ бето1-rы разлw-rньхх видов и железобетонv
ные конструrщи:и из них ЯВЛЯIОТСЯ OCI·IOBOИ индустриалЫ-IОГО стро11-
тельства.
Строитеш,1-rый раствор - это искусстве1-1ный каме1-rr-rый материал, получеm-IЬIИ в результате затвердевания раствор1-rои смеси, состоящей из ВЯ)куrцего вещества, воды, мелкого запоШ:I:r,пеля и доба­
вок, улучшающих свойства смеси и растворов. Крупный заполн:итеш,
отсутствует, так как раствор примеНЯI-от в в:r,ще тон::rсих слоев (шов
каме1-r1-rой кладI<И, штукатурка и: т. п.).
Для изготовле1-rия стро11телы-rых растворов чаще используr-от не­
орга1-1ические вюкуrцие вещества (цементы, воздушr-rую известь и
строителы1ый гипс). В доролС1-1ом строительстве и в специалы-IЬIХ
работах (устройство стюкек, заrцип-IЬIХ ах-пш<оррозио1-1ньхх слоев)
1-1аходят примене1-rие растворы, основаш1ые 1-1а битумных й поm1мер1-IЬIХ вяжущих; в состав этих растворньхх смесеи вода 1-re входит.
Строительные растворы раздеЛЯiот в зависимости от вида вял<у­
щего вещества, величю-ПsI средней плотности и наз1-rачеш-rя. По виду
вюкущего разm-rчают растворы цементные, известковые, гшхсовые 11
смеша1-rные (цемен:тно-известковые, цементн:о-глию1F1ые, известково­
гипсовые и др.).
По сред1-rей плотност:r,r разm-rча1от: тюкелые растворы со сред1-1ей
плотх-rостью более 1500 кг/м 3 , 1-:rзготовляемые обь!Чfrо 1-ra кварцевом
песке; легкие растворы со средней плотностью ме1-1ее 1500 кг/м 3 , из­
готовляемые на пор:r,rстом меm<ом заполнителе и с порообразуr-ощи­
ми добав1<ами.
V
V
5
По r-rазначениr-о различают строительr-rые растворы: кладочные для кaмer-rr-roй кладки стеr-1, фундаментов, столбов, сводов и др.; шту­
I<атурr-rые - для оштукатури:вания в1-rутре1-п-1их стеr-1, потолков, фасаДОВ ЗДaI-llil'I; MOI-ПЮKI-IЬie - для запоm-IеI-IИЯ швов Ме)l<Ду круш-IЫМИ
элеме:нтами (паr-rелями, блоками и т. п.) при мо1-rта)ке здаr-п,rй и: co­
opy)l<eI-rий из готовых сборных коr-rструкций и деталей; специальные
растворы (декоративmrе, гидроизоляциоmrые, тампона)l<НЬiе и др.).
Цемеr-rтr-rые бетоmr приготовляют на различных цементах и
1-1аиболее широко примеI-:uп-от в строительстве. Среди 1-rих основное
место занима1от бетоI-rы на портландцеме:нте и его раз:новид1-rостях
(около 65 % от общего объема производства), применяемые для разm,rчmrx видов ко1-rструкции и условии их эксплуатации, успешr-10 используются бетоны на шлакопортландцемеr-rте и пуццолановом це­
ме1-rте. I<. разr-rовидr-rостям цемент1-1ьrх бетонов относятся: декоратив­
I-Iые бетоI-IЬI, изготовляемые 1-1а белом и цветr-1ых цемеr-rтах, бетоI-IЫ
для самоI-Iапрюкеmrых конструrщий I-Ia 1-rапрягающем цементе, бето­
ны для специальных целей, получаемые на особьrх видах цемента:
глиr-1оземистом, безусадочном и т. д.
V
V
1.1. Материалы для бето11а
Для приготовлеr-rия бетоr-rов примеr-rяr-отся вmкуrц:ие вещества,
мелкий и: r<руnньrй запошmтеш, воду, и добавr<И.
В зависимости от областей примеr-1ен::ия различают воздуmные,
гидравлические и кислотоуrrорr-rые вюкуrц:ие.
К груrrпе гидравлических в.юкущих отI-rосятся портландцемеr-п,
глиr-rоземистыи цемеr-rт и их разновидr-rости.
1.1.1. Портландцемент
Портландцеме1-1т получа�от путем совместного помола цемент­
ного юшнкера и двуводного гипса. Клиr-rкер получают путем oб)lrnгa
при температуре 1450 ° С тщательно подобраш1ой смеси, содер)!<аrцей
примерr-rо 75-78 % :известняr<а и 22-25 % глю-rы.
Осr-rовн: ыми мю-rералами клинкера являются: алит, белит, трех­
кальци:евый алюмиr-rат и алюмоферрит кальция.
Алит 3CaO·SiO2 (или C3 S) - мю-rерал, определяr-ощю1: быстроту
твердения, прочr-1ость и другие своиства портландцеме1-1та; содер)!<:Ится в I<ЛИI-1кере в количестве 45-60 %. Алит представляет собой
твердый раствор трехкальциевого силиката и 1-rебольшого количест­
ва (2---4 %) MgO, Аl2Оз, Fe2O3 , Сг2O3 и других примесей, которые могут суrцестве1-mо влиять r-ra cтpyrcrypy и своиства.
V
V
6
Белит 2CaO·SiO2 (или C2S) - второй по содер)Iсаr-п-rю (20-30 %)
с:иликатн:ый мю-:Iерал кл:ишсера. О:н медлеш-10 твердеет, но достигает
высокои прочности в дальн:еишем.
Содер)Iсаr-1ие ми:нералов-силикатов в клинкере портла1-:Iдцеме:нта
в сумме около 75 %, поэтому гидратация алита и белита в основ1-1ом
определяет технические своиства портландцеме1-:Iта.
ОсталыfЬiе 25 % составляет промелсуточ1-1ое вещество, запол­
IIЯiощее объем мелсду кристаллами алита и белита. Проме)!суточное
вещество состоит из кристаллов трехкальциевого алю:rv1ината (С3А) и
алюмоферрита кальция (С�).
Трехкальциевый алюминат в клшпсере содерясится в количестве
4-12 % и при благоприятных условиях об)Iа-rга получается в виде
куб:ических кристаллов размером до 10-15 мкм; образует твердые
растворы слолахого состава. О:н очень быстро гидратируется и твер­
деет, но имеет I-Iебольшую проЧ1-1ость. Является при-с-rnной сульфат­
ной коррозm-r бетов:а, поэтому в сульфатостойком портландцементе
его содерлса1-1ие оrрани:че�-10 5 %.
Четырехкальциевый: алюмоферрит в 1mи1-псере содерлсится в ко­
личестве 10-20 %. Алю1v1оферрит1-1ая фаза промежуточх-Iого вещества
кm11:rкера представляет собой твердый раствор аm-омоферритов калъ­
цх,rя разного состава. По скорости гидратации ми1-1ерал за1-шмает как
бы промелсуточн:ое полоясение ме)!<ду алитом и белитом, поэтому 01-I
I-Ie оказывает определят-ощего влияю-rя на скорость твердения и теп­
ловыделен:ие портла1-IДЦе:rv1е11та.
Для получения портла1-1дцемента с задан:ными сnециальными
свойствами используют следухощ:ие основные пути: 1) регулиро­
вав:ие минерального состава и структурь1 цеме1-1т1-rого клю-1кера,
оказывающее реша1ощее влия1-1ие на все строительно-технические
свойства цемента; 2) введе1-:Iие ми:неральных 11 органических добавок, позволя1-ощих 1-1аправле1-11-10 изме1-:IЯть своиства вяжущего,
экономить клинкер, умен:ьшать расход цеме1-rта в бетоне; 3) регу­
лирован:ие то1-псости помола и зер1-1ового состава цеме1-1та, влия10щих на скорость тверде.ния, актив1-1ость, тепловыделе11ие и другие
своис тва цеме1-1та.
Тонкость помола цеме1-Iта оцешrnается путем просеивания пред­
варительно высушенной пробы цеме1-1та через сито с сеткой № 008;
то�-псость помола дoJDia1a быть такой, чтобы через указаmхое сито
прохощrло не ме1-Iее 85 % массы просеиваемой пробы пр11 этом его
удельная поверхность составляет обычно 2500-3000 см2/г.
Плотность портландцемента (без ми:нералъв:ьIХ добавок) состав­
ляет 3,05-3,15. Его средняя насыш1ая плоn-Iость у рыхлого цеме1-1та
V
V
v
V
7
составляет 1100 Iа'/м3, у силь1-10 уплотнен1:rого - до 1600 Iа'/м3, в
сред :нем-1300 кг/м3•
Стандар11-1ая ко1-rсисте1ЩI1Я цеме:нта определяется количеством
воды (в % от массы цемента), которое 1-rеобходимо для получен11Я
цемеН11-rого теста 1:rормальной густоты. Нормаль:ной густотой цемех-rтr:rого теста считают такуrо его подвюr<ность, при которои цилиндр - пестик прибора Вика, погру)l<е1-11rый в кольцо, заполнен1-rое
тестом, 1:re доходит на 5-7 мм до пластиmш, 1-ra которой уста:новлех-rо
кольцо.
Стаrщартная консистенция портландцемента мо)кет находиться
в пределах от 22 до 28 %. При введении актив1-rых минералыrых до­
бавок осадоч1-rого происхо)l<Де1-111Я (диатомита, трепела, опоки:) водо­
потребность цеме:нта повышается и мо)кет достигнуть 32-37 %.
Cporrn схватыва1:rия и рав1-rомер1:rость изме1-1е1-rия объема цемех-rта
определяют в тесте I-Iормалы:rой густоты. Сро1а1 схватываm,rя опре­
делю-от с помощью прибора Вика путем погруя<е1-1ия иглы в тесто
1:rормалы-1ой густоты. Началом схватывания считают время, про­
шедшее от начала затворения до того моме1-rта, когда игла 1-re дохо­
дит до пластmnш 1-1а 1-2 мм. Конец схватыва1-rия - время от 1-rачала
эатворения до того момеr-1та" когда игла погружается в тесто 1-1е более
чем на lмм. Начало схватывахrия цемента доmкно наступать 1-1е ра1-1ее
45 мин, а кох-rец схватывания-1-re позд1-1ее 10 ч от начала затворе1-rия.
Для получения нормалыrых сроков схватьmания при помоле КЛИI-I­
кера на цеме1-rг:ном заводе вводят добавку двуводrrого гипса в количест­
ве 3-5 % . ЗамедлеI-rnе схватывания объясняется отлол<еI-rnем на зернах
цемеrпа тонких плеr-rок гидросульфоалюмшrата кальция, обра­
зовавшегося при взаимодействии введенного сульфата кальция: с трех­
кальциевым алюмшrатом. Эrи плех-п<И замедляr-от диффуз:ию водъ1 к
цеме1-r11-1ым зер1-1ам, и скорость их гидратации уменьшается.
Замедлителями схватываю1Я слркат таrоке q_)осфаты, 1-mтрать1
калия, r-rатр:ия и аммоr-rия, сахар. Сахар образует с гидроокисы-о кальция легко растворимыи сахарат кальция, 1-rал1,rчие которого увеличивает ко11це1-rтраЦИI-о иох-rов кальция. Поэтому процесс гидролиза
трехх<альциевого сиЛИI<ата подавляется, а схватывание происходит
медлех-rнее. При большой добавке сахара бето1-1 не твердеет.
Ускорителями схватьmания портлаrrдцемеr:rта являются карбо­
наты щелочных металлов и хлоридъх. O1-m образуrот при взаимодействи:и с гидроо1а1сь10 кальцх1Я, выделю-ощеися при гидрол11зе трехкальци:евого силиката, труднораствор1,rмые соеди1-rен:ия. Tar< действу­
ет, например, карбо1-1ат натрия
V
V
Са(ОН)2 + Na2 СO3 = СаСO3 + 2NaOH.
8
В результате химической реаrщии образуется малорастворимый
карбо�-rат кальция, гидроокись кальция выводится из сс]?еры реаr<Щrи
и процесс гидролиза трехкальциевого силюсата ускоряется.
Вли:.т:-Iие хлористого кальция на сроки схватываю1Я портландце­
ме1-Iта зависит от дозировки. При введен:ии в бетон�-rу:r-о смесь в
обычт-1ой дозировке 1-2 % от массы цемента хлористый кальций ма­
ло влияет на сроки схватыва1-II1Я, I-IO существенно повышает началь­
IГJIО прочность бетона, т. е. действует как ускоритель тверде�-rия. При
использовании в качестве противомороз1-rой добавки хлористый
кальций молсет вводиться в больших количествах, тогда он ускоряет
схватывание, и бето1-Iную смесь рекоrv.rен:дуется затворять I-Ia холоде,
чтобы 11збелсать пре)!сдевремеI-II-Iого загустеваr-:IИЯ.
ОдИI-I из методов ускорения процессов схватыван11Я и твердения
закm-очается во введении добавок, явлтощихся це1-rграми кристал­
лизации, 1-Iaпpm,,rep, в виде заранее пр:иготовле1111ого измельче�-mого
гидратирова1-1ного цемента.
Равномер�-rость изме�-rения объема определяют следу�-ощим обра­
зом: изготовле1-rnь1е из теста нормалы-rой густоты образць1 - лепеппси
через 24 ч предварительного твердения вьщер)кивают в течение 3 ч в
10Ш5ПЦеЙ воде. Лепеш101 не доmквъr дефорюrроваться, 1-re допускаются
радиаль1-rь1е трещиm,r. Причиной нерав1-Iомер1-rого измене1:n,rя объема
цеме�-rтr:rого камня являются меСТI-rьrе деформа:цюr, вызываемые pacrшr­
pemreм свободr-rой СаО и першслаза MgO вследствие их гидратации.
Активность и марку цемет-rта определтот испытанием стандарт­
ньrх образцов-призм размером 4х4х 16 см, изготовленньrх из цеме1-п­
но-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по 1,racce). Для исmпа­
НIIЙ применяется стаr-rдартв:ый монофраrсционный песок. Раствор
готовят с количеством воды, обеспечиваr-ощим расплыв стандартно­
го кoi-ryca на встряхивающем столике, равном диаметру 106-115 мм.
Уплотнение раствор1:1ой смеси проr-rзводят 1-ra стандартной виброп­
лощадке.
Через 28 сут тверде1-1ия (первые сутrси образцы твердеют в фор­
мах во влюкном воздухе; а затем 27 сут - в воде комнатной темпера­
туры) образцы-призмы с�-rачала исmrтьrвают r:ra изгиб, затем полу­
чившиеся половинки nризм - на С)I<ат11е. Активностью назьmаr-от
предел прочности при осевом слсатии половш-rок балочек, .:исm1тан1:1ых в возрасте 28 сут. В зависимости от активности: с учетом преде­
ла прочн:ости при и:згибе портлав:д:цемев:ты подразделя�от 1-ra марки
М400, М500, М550 и М600. У быстротверде1-ощи:х портла1:1д:цементов
I:IОрМИJ.)уется 1:re только 28-суточная прочность, 1-10 и началь�-rая,
З-суточ1-rая.
9
1.1.2. Быстротверде1ощий портландцемент
Быстротвердех-ощий портла1-щцеме1-п (БТЦ) - портла1-1дцеме1-1т с
мmхеральными добавка1УIИ, отличающийся повыше:н1-1ой проЧI-rостью
через 3 сут твердения. Количество трехr<альциевого силю<ата и трех­
кальциевого ат-омиr-хата в I<ЛИНI<ере - обыЧI-rо I-Ie менее 60-65 %. По­
мол БТЦ производится более тохшо до уделы:1ой поверХI-rости 350400 -М:/кг (вместо 280-300 -М:/кг для обычного портла1-rдцеме1-rта). Это
ускоряет твердение цемента. БТЦ выпускают М400 и М500.
БТЦ при:меняется в производстве сборных )Келезобетоm-rых кон­
струкций, а тахоке при зимIПIХ бетоr-п-хых работах. Следует иметь в
виду повыше1-1ное тепловыделе1-1ие БТЦ, которое искm-очает его при­
меr:rение для массивных 1<01-1струкций. БТЦ с повышенх-rым содерл<а­
нием трехкальци:евого атомшrата непригоден )..(ЛЯ бетона, nодвер­
гаiощегося сульфоаmоми1-rатной коррозии.
1.1.3. Сульфатостойкий портландцемент
Сульфатостойкие цемех-rты изготовляют 1-ra основе клmп<ера 1-1ор­
мировахrного 11и11ерального состава ( с поr-rюкенным содерл<а1-rием
СзS не более 50 % и С3А не более 5 %) и применяr-от для изготовле­
mrя бето1-rных и )келезобето1-1ных конструкций, обладаrощих коррозионнои сто�п<осты-о при воздеиствии сред, агрессr,rв1-1ых по coдep)KaI-IИI-o в 1-rих сульфатов. Эти цемеr-rты по веществе1-rному составу
подразделя1-отся н:а следу:r-ощие видъ1: сульфатостойкий портла1-1дце­
ме1-хт М400, сульфатостойкий портла1-rдцеме1-rт с ьmнералыrыми до­
бавками М400 и М500, сульфатостоЙI<ИЙ шлакопортландцемент
М300 и М400, пуццолановый портла�-rдцемент М300 и М400.
V
V
V
1.1.4. Портландцементы с органи"1ескими добав1<:ами
В coвpeмeI-II-roй техr-rологии бето1-rа широко примен:т:-от поверх I-rос-п-rо-активные вещества, вводимые в мальrх дозах (0,05-0,3 % от
массы цемента) в бетоm-rые и растворные смеси при их изготовлени:и
и добавляемые в цеме1-rт при помоле клих-п<ера.
ПоверХI-rоспrо-активные добав1<И пластифицируют бетошrые и
раствор1-rые смеси, что позволяет улучшать их удобоукладываемость,
либо с1-rюка�-от количество воды затворех-п,rя (сохраняя удобоуклады­
ваемость) и расход цеме1-rта на 10-20 %. Оставляя )Ке количество це­
ме1-1та неизме1-mым, достигаrот снюке1-1ия пористости бетох-rа, повышения его морозостою<ости и водо1-rепро1-шцаемости.
Типичные поверхr-rоспrо-а�сrивные добав1ш MO)I<I-IO разделить 1-1а
четь:rре группы: г�,rдрофилизующие, гидрофобизующ�,rе, воздуховов­
лекаrощие и комплексн:ые.
10
К гидрофи.тшзующим добавкам относятся лигносульфон:аты тех­
нические (ЛСТ), получае:мь1е при производстве целшолозы. При ад­
сорбции цеме1-rгом лиг1-rосульфо1-rат кальция г:идрофиm1зr1]_Jует частиць:r
цеме1-1та, т. е. улучшает их смачивание водой. Одновременно ослабля1отся с:илы взаимного сцепления ме)l<Ду част1щами вюкущего. В резуль­
тате этого добавка ЛСТ повьшrает пластичность цеме1m-rого теста и
подвюrа-rость бетонньIХ смесей.
К rидрофобиЗУJ:-ОЩЮ!f добавr<ам отfrосят мьшо1-1афт, асидол, аси­
дол-мылоr-rафт, синтетические >кирr-rые 1mслоты и их соли и крем­
I-IJ-IЙоргаrmческие >кидкости (ГЮI{-10, ГКЖ-11, ГIOI{-94).
Мылов:афт представляет собой натриевое мьmо 1-rафтеr-rовьIХ кис­
лот. Общая формула нафтеновьIХ кислот С11Н211-1 СООН, где п из­
меrтется от 8 до 13, Источ�-:шком получения 1-1афтеновых кислот служат
щелочr-rые отходы, образуr-ощиеся при очистке продуrсrов перегошm
нефти (бе1-1зш-rа и др.) щелочьr-о. Из них получают техr-шчес1mе 1-rафте1-rовые 1mслоты, извест1-1ые под 1-rазванием ас:идол и ас:идол-мьmонафт ..
Оп-rтет:ические Л<ИрI-IЬiе Ю-IСЛОТЫ ИЗГОТОВЛЯI-ОТ путем ОI<ИСЛеI-rия парафи­
на. Mo>I<I-Io пр:имеI-IЯТЬ в качестве добавки как сш-rгетические Я<ИрI-IЬiе
кислоты, таr<. и кубовые остат1аr, получе1п-п,1е при производстве этих
кислот.
Молекулы 1-1афте1-rовьIХ 1mслот и их солей состоя т из полярной
группы (СООН или COONa) и углеводородr-rого радш<ала. Эти мо­
лекулы адсорбируrотся r-ra частицах цемента так, что их углеводо­
родные раДйка1Хьr обращеI-IЬI наружу. Они н:е смачиваются водой и
придюот цементу гидрофобные свойства.
Жидr<ости ГЮI{-1О и ГЮК-11 представляют собой вощ10сп:иртовые растворы метил- и этилсилико1-rата 1-rатрия, способ1-1ые
смеIШmаться с водой в любых соотношениях. Крем:нийорганическая
Л<Идкость ГКЖ-94 - продукт гидролиза этилдих.лорсилана; ГКЖ-94
обыЧI-rо применяют в виде водной эмульсии.
Из добавок МИI<ропенообразователей 1-rаиболее извесn1ы абиетат
натрия и омьше1-п-п,rй древесr-rый пек. Абиетат 1-rатрия получаr-от пу­
тем омыле1-rия ка1-rифоли едким натром (поэтому его называr-от смо­
лой нейтрализоваr11-rой, .воздухововлекающей - сокраще1-rно СНВ).
Омылеr-II-rый древесньIЙ пек представляет 1-rейтрализоваr-rные ще­
лочы-о смоля�-rые кислоты древесного пека хвойньIХ пород. Мш<ропе­
нообразователи образуrот при перемешивании бето:нной смеси пе1-rу,
вовлекая воздух, т. е. действуrот как воздухововлекающие добавки.
I<:.омплеr<сr-1ые добавки, получившие широкое распространение,
обычн:о состоят из гидрос]?ил:изующих и гидрофобизующн:х поверх11
н:осrnо-активных. веществ. Они сочетают высокий пластифициру10щий эффект с гидрофобизуrощих. действием на цеме1-rты и бетонь1.
Пластифицировав1-1ый портландцемех-п изготовляют путем вве­
дения при помоле клm-п<ера около О,25 % СДБ (считая 1-1а сухое ве­
щество). 01-1 отличается от обыч1-1ого портландцеме1-1та способностыо
придавать растворх-rым и бето1-11-1ым смесям повышенную по­
двюкх-rость. Пласrnфицируrощий эффект используется для уме1-1Ьmе­
I-IИЯ водоцеме1п1rого отноше1-1ия и повышен:ия плоп-1ост11, морозо­
стойкости и водо1-1епро1-п1цаемости бетона. Если )I<e сох.ранить В/Ц,
то мол<но снизить расход цемента (примерно 1-1а 10-15 %) без ухуд­
шения качества бетона.
Гидрофобный портлаr-rдцемен:т получюот, вводя при помоле
клm-rкера 0,1-0,2 % мылон:афта, ас:идола, сmпетических. )Кирных. ки­
слот, 11х. кубовых остатков и других гидрофобизующих. веществ. Он
обладает пон1'Dкеm-1ой (по сравне1-1ИI-о с обьrчньпvr цементом) гиг­
роскопичностью, лучше сохраняет сво1-о актив1-1ость при х.ран:е1-1ии и
перевозках.. Гидрофобный портла1щцеменг пласrnфицирует бето1-1н:ые и раствор1-IЬ1е смеси, повьшrает морозостоm<ость и водонепро1-rицаемость бетона.
1.1.5. Портландцементы с минеральными добавками
АI<rnв1-rыми минеральныlvrn добавками 1-rазываr-от природные или
искусствеI-IНЬrе вещества, которые при смеше1-rии в то1-1коизмельче1-11-1ом в:иде с воздушr-1ой известыо и затвореню1 водой образуют тесто,
способное после твердеют на воздухе продоmкать твердеть и под
водои.
Активные Мlimеральные добавки (1-1азьmаемые m-1аче гидравшrче­
скими добавками) содерл<ат двуокись кремния в аморфном, а сле­
довательно, в химически активном состоянии и способI-IЬI поэтому
взаимодействовать с гидратом окиси кальция, образуя гидросили­
каты кальция.
Al<TИВI-IЬre мшхеральные добавки могут быть природньrми (есте­
стве1тт1ыми) и искусстве1-rными. В качестве природr-1ых. аr<тивных. до­
бавок широко использу:rот горные породы (диатомит, трепел, опоку,
горелые глинистые породы - глие)ки), а таrоке породы вулканиче­
СI<ого происх.о)кдения (вуm<аr-rический пепел, туф, пемзу, витрофир,
трасс). Искусственr-IЬiе аrсrивные ми1-1еральные добавхш представля1-от собой побочные продукты и отходы про:мьшrлеr-rности: быстро­
ох.лалщенr-1ые (гра1-rулироваr-тт1ые) доме1-11-rые шлаки; белитовый (1-1е­
фелю1овый) шлам - отход глm-1оземr-1ого производства, содер)Кащий
в своем составе до 80 % мш1ерала белита (двукальциевого сиm11<ата);
12
золу-уноса - отход, получивши:ися при: слGIГании твердого топлива в
пылевидном состояr-rии и улавливаемый электрофильтрами и други:rvrи устроиствами.
АI<тхmная мив:еральная добавка химически связывает растворимыи в воде гидрат окиси кальция, выделтощиися при твердеr-ши
портландцемента, при этом повышается плотность цемеr-rт�-rого кам­
ня, возрастает его сопротивление коррозии. Поэтому а:ктивн:ые ми1-rеральные добавки примеr-IЯI-от для повышения плот�-rости, водо­
стойкости: и солестойкости бетонов и растворов.
Портландцеме�-rт с ми:r-1еральной добавкой содерл<ИТ активную
мин:еральную добавку в количестве 10-20 % (от массы цемента),
:имеет те л<е марки, что и портлаr-1дцеме1-rт, и близок к r-reмy по другим
своиствам.
Пуццолаr-1овый портландцемеrтт и:зготовлтот путем совместr1ого
помола клш-п<ера и аrсrив1-1ой миr1еральной добавки с необходи:rvrым
количеством гипса. Добавок осадочr1ого происхол<деrшя (диатомита,
трепела, опоки) доmкно быть r-re мer-ree 20 и не более 30 %, а вул­
канических добавок (пемзы, туфа), а таюке глиелса или топливной
золы - не мен:ее 25 и не более 40 %. Активная минеральная добавка
вначале адсорбирует, а затем химически связывает гидрат окиси
кальция, образуrощийся при взаимодействии алита с водой:
V
V
V
V
Ca(Ol-I)2 + Si02 (аr<т) + пН20 = (0,8 -1,5) СаО · Si02 · рН20.
В результате этого процесса, происходящего во влюкньrх уеловиях и при полол<Ителы-1ои температуре, растворимыи гидрат оr<Иси
кальция связывается в практически 1-1ерастворимыи гидросиликат
кальция. Вследствие этого значительв:о возрастает стойкость бето�-rа
в отношеr-ши выщелач:и:ваr-1ия Са(ОН)2. Пуццолановый портлаrщце­
мент следует приме�-rять для бетонов, пocтoяr-II-ro 11аходящихся во
влюrа-rьrх условиях (подводные и подземньrе части соору)ке�-rий). На
воздухе бетон I-Ia пуццолаr1овом портлаr-1дцементе дает большуrо
у садку и в сухих условиях части:чно теряет проЧI-1ость, что объясr-rя­
ется «вьmетриванием» воды из гидратr-rых соеДИI-rений. Кроме того,
бетоr -rы r-1a этом цеме�-rте имеr-от ю-rЗI<JI-O морозостойкость и не годятся для соорркеr-:IИИ, подвергаrощихся замора)киваr-rию и оттаиваr-rmо.
Пуццолаr-1овый портландцемеrтт твердеет в 1-1ормалыrьrх условиях
медл еннее, чем портландцемеr-rт. Поэтому его 11е следует применять
при ЗI-IМНИХ бетоr-11-rьrх работах.
Пуццолаr-rовый портлаr-1дцемеrтт обладает сравr-rитель:но :неболь­
шим тепловыделешrем и часто применяется для бетонов вr-rутренних
частей массивr-rых сооружений (плотmr, шл1озов и: т. п.).
V
V
v
13
1.1.6. Шла1<:опортландцемент
Шлакопортлаr-rдцемент представляет собой гидравлическое вя­
)Iсущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе. O1-r получается
путем совместн:ого то1псого помола кл1п-псера и гранулирова�-п-1ого
доменного (или электротермофосфорного) шлаrса с необходимым
количеством гипса. Допускаr-отся раздель:ный помол компонентов и
их послеДУJощее смешеrше. Кол:ичество домею-rого шлака в шлаrсо­
портландцемеr-rте доmкно быть не мен:ее 21 и r-re более 60 % (от мас­
сы цемента). Допускается замена до 1 О % шлака трепелом :или дру­
гой активr-1ой минералы-�ой добавкой.
Домеr-rные шлаки по своему химическому составу н:апомшrаr-от
цеме:нтный клив:кер. В I-IИX преобладаr-от окислы: 30-50 % СаО; 2830 % SiO2; 8-24 % Al2O3; 1-3 % МnО; 1-18 % MgO, общее содер)Iса­
ние которых достигает 90-95 %. Гидравлическая актив1-rость шлаков
характеризуется модулями ocr-roвr-rocти (М0) и a.I<TИВI-rocrn СМа),
Модуль OCHOBI-IOCTИ представляет OTI-IOШeI-IИe содер)Iсащихся в
шлаrсе основr-IЬIХ окислов (% СаО + % MgO) к сумме кислот1-rых
окислов ( %SiO2+ % Al 2O3).
В зависимости от модуля основности различаr-от ocr-Ioвi-rыe шла­
ки, у которых М0 более 1, и кислые, :имеющие М0 ме1-rее 1. Более ак­
ТИВI-IЬiе - основные шлаю-r. Гидравлическая а.I<ТИВI:Iость домеr-rных
шлаrсов возрастает при увеличеrmи модуля аrстивности.
Шлак, пр:имеr-IЯе:rvrый в качестве добавки к цементу, обязательно
подвергается быстрому охлюкдеr-IИI-о водой или паром. Эта операция
1-rазывается грануляцией, так как в процессе быстрого охлюкденnя
шлаковый расплав распадается 1-ra отдельные зерна (гранулы). Бы­
строе охлюкден:ие препятствует кристаллизации шлака, и он по­
лучается в стеклообразr-�ом и тоюсозерr:1истом химически активном
состоянии. Поэтому гранулироваr-rный шлак является активным ком�
пон:ентом шцаrсопортлаr-�дцемента, 01-1 взаимодеиствует с гидратом
окиси кальция с образованием низкоосновr-1ых гидросишпсата и гид­
роалюмината кальция. Процесс твердения шлаrсопортландцемеr-Iта
з1-rачительно ускоряется при тепловлалсност�-rой обработке, поэтому
его эффективв:о применять в сборных изделиях, изготовляемых с
пропариваr-rием.
Незначительное содер)кание в цемеr-rтном камне Са(ОН)2 повы­
шает стойкость шлаrсопортландцемента в мягких и сульфатньrх во­
дах по сравr-rению с портландцементом. Тепловыделе�-rие при тверде­
нии шлакопортландцемеr-rга в 2-2,5 :rvrer-IЬшe, чем у портландцемента,
поэтому он является самым подходящим цеме�-rтом для бетона мас­
сив�-rых коr-rструкций. Шлакопортла1-rдцеме1-rт выгодr-rо отл:ичается от
14
пуццолан:ового портла.I-Iдцемент а У},'rереш-1ой водопотреб1-rосты-о, бо­
лее высокой воздухостойкосты-о и морозостойкостью. 01-1 успе1Ш10
приме1-IЯется Ka.I< для в:адзем1-rых, Ta.I< и подзеМI-IЬIХ и подвоДI-IЬIХ час­
тей сооруясе1-IИЙ. Стоимость его 1-ra 15-20 % HIOI<e стоимости порт­
ла.1-rдцемента.
Жаростойкость ПDiа.Iсопортла.1-rдцемен:та значителы-rо выше, чем
у портландцеме1па, поэтому 01-I пшро1<0 используется для изготовле11ия )КаростоЙiаrх бетонов. Однако шлакопортла1-1дцементу присущ
тот )Ке 1-1едостаток, что и пуццолановому портла1-1дцеме1-rту, - 01-r
медле1-rnо набирает прочность в первое время тверде1-rия, в особен­
ности при пони:)lсе1n1ых температурах. Этот 1-rедостаток устра.1-шется в
быстротверде1-ощем шла1сопортла1-rдцементе, который обладает более
шпенсивным нарастанием прочности, чем обыч1-rый шлакопорт­
ландцеме1п. Обычный шла1сопортландцеме1-rт имеет марки: МЗОО,
М400 иМ500.
Быстротвердеrощий шлакопортландцемект М400 за 3 сут твер­
де1-I11Я дOЛ)l<eI-I приобрести проч�-rость при с)катии не ме1-rее 20 МПа,
при и:згибе - не мен:ее 3,5 МПа. Этот вид цеivrента эффектив110 при­
менять в производстве бeтoI-II-IЬIX и лселезобетонньIХ изделий, изго­
товляемьIХ с приме1-rением тепловлю1а-1остной обработки.
1.1.7. Белый и цветные портландцементы
Кшrnкер белого цемента :изготовтпот из чистых известняков и бе­
ЛЬIХ ГЛИ1I, почти I-Ie содержащих окислов )Келеза и марга1ща, I<оторые
пр:ида.1-от обычному портландцементу зеленовато-серый цвет. Облсига­
rот сырьеву�-о смесь на беззолы-rом (газовом) тоrт.m-rве. При помоле
I<JIIll-II<epa предохрант-от цемент от попадания в 1-rего частиц )Келеза.
В качестве эталона для определе1mя степеm1 белизны применяют
молочное матовое стекло типа МС-14 с коэффиц:иентом отрюкеIШЯ не
менее 95 %. Соглас1-rо ГОСТ 965 степеI-IЬ белизш1, определяемая коэс}?­
с]?ициентом отрюке1-шя (в % ) абсоmот�-1ой шкаль1, доmкна быть для бело­
го портла.1-щцемента 1-го сорта-не 1-mже 80 %, 2-го сорта - 75 %, 3-го
сорта-68 %; цемент выпускаrот марокМ400 иМ500.
Цветные декоративные портла1-1дцеме1-rты получают, примеIIIИ­
вая к белому цеме1-rту щелочестойкие mIГменты (охру и др.).
1.1.8. Тампо11ажный портландцемент
Тампон:юкшIЙ портландцемент изготовля1-от измельче1mем
кл:и1-псера, гипса и добавок. О:н предн:азr-rаче1-r для цеме�-пироваr-шя
нефтяI-IЬIХ fI газовьIХ СКВЮI<ИН. Цеме1-rт для ХОЛОДНЬIХ СКВа)IШН испы15
22±2 ° С, ДЛЯ ГОрЯЧИХ СIСВЮКИН-прИ 75±3 ° С.
Основная прочносттrая характеристш<а цеме11та - предел прочности
при изгибе образцов-балочек paз:rvrepoм 4х4х 16 см, изготовлеrrnых из
цементт-rого теста с В/Ц = 0,5. ГОСТ 1581 предусматривает выпуск
специальных разновпдностеи тампонюкного портландцеме:нта: утя)I<еленного, песчанистого, солестошсого, низкогигроскопичного.
ТЫВаIОТ при ТеМ.Пературе
V
V
1.1.9. Глиноземистый цемент
Глш-�оземи:стый цемент - быстротвердеющее и высокопроЧI-Iое
гrщравл:r,rqеское вюк.ущее вещество, получаемое путем то1-1коrо из­
мель чеr-�ия клишсера, содерл<ащего преимуществеr-mо низкоосr-�овные
a.m-oмиr-IaIIЫ кальция. Одr-�окальциевый ашомиr-rат CaO-Al2O3 оп­
ределяет быстрое твердение и другие свойства глиноземистого це­
мента. В сравr-1:ителы-10 r-1ебольптт1х количествах в 1-1ём таrоке содер­
жатся другие алr-омшrаты кальция, например СаO-2А12O3. Вшrяние
i:.ra качество цеме1-1та оказывает ашомосиликат кальция - геленит
2CaO-Al 203 -SiO2. Си:лш<аты кальция представле1-1ы 1-1ебольшим ко­
личеством белита.
Для получения клшшера глm-1оземистого цеме1па в качестве глав­
ных компо1-1енгов сь:rрьевой смеси берут известншс СаСO3 и породы,
содерл<ащие глинозем, 1-1апример, бокситы. Сь:rрьеву�о смесь подвергают
спеканию (ПJ.JИ те:rvшературе около 1300 °С или плавленш-о (при 1400 °С),
при этом в результате ХИ11ИЧеских. реакции, проходящих между составными частями сьrрьевой смеси, по.лучаIОт глиноземистый клшn<ер. Этот
1слинкер размалывается труднее, чем клинкер портлаr-щцемехпа: 1-1а
операцию помола затрачивается больше электроэнергии, меmощ:и:х тел
и т. д. Кроме того, CaJ\lill бокс1-rгь1 представляют ценное сь:rрье, исполь­
зуемое для производства алю:м:и:вия. Эти и другие обстоятельства по­
вьШiают стоимость глинозе:rvrистого цемента, ограIШЧИ.Вают его выпуск.
Сьrрьевая база для выпуска глиr-1оземистого цемента мол<ет быть рас­
пшре1-1а путем использоваIIИЯ некоторых отходов промьШIЛе1-mости,
содерл<аIЦИХ в своем составе глиr-1озем. Разработан способ производства
глиr-rоземистого цеме1па путем плавки в доменной печи бокситовой
)Iселез1-1ой руды с добав1<0Й известr-rяка и ):Келезного лома. При этом доV
.
меr-mая печь одr-�овремеr:0:-10 выдает чyryi-r и шлак, представшпоr:ци:и
V
КЛИI-IКер ГШП-IОЗеJУ.1!:ИСТОГО цемента.
Гли:ноземистый цемент обладает высокой проч1-1остью толысо в
том случае, если 01-1 твердеет при умереm1ых температурах, не вьШiе
25 °С. Поэтому глш-�оземистый цемент нельзя применять для бе­
тонироваIIИЯ массив1-1ых ко1-1струr<цйй из-за разогрева бетона, а тшоке
подвергать тепловлю1сностной обрабоn<е. При 01 бычных температу16
рах (до 25 °С) в процессе твердения глш-1оземистого цемен:та образу­
ется высокопроЧI-Iое вещество-двухкальциевый гидроаm-омю-1ат
2(СаO · А12Oз) + l lH20 = 2СаO · Аl2Оз · 8Н2О + 2Аl(ОН)3
Двухкальциевый гидроашоминат выделяется в виде пластинча­
тых гексаго1-1аль1-1ых кристаллов, а гидроокись алюмю-Iия представ­
ляет гелевид�-Iу�-о массу.
Если )Ке температура бетона превысит 25-30 °С, то наблюдается
переход двухкальциевого гидроалюми:ната в куб1-rческий трех­
кальциевый гидроал1оми:нат (3СаO-А12O3 -6Н2O), который сопровоясдается возни:кновением внутренIШХ напрmкен:ии в цеменn-Iом
камне и понюке1шем прочности бетона почти в два раза.
Марки глиноземистого цемента, определяемые по результатам
испытания образцов 3-сутоЧI-Iого возраста - М400, М500 и МбОО.
l(ак известно, портла�-Iдцемент приобретает та�rут-о проЧI-Iость только
через 28 сут нормального твердения. При быстром твердении глино­
земистый цемент обладает нормальными сроками: схватывания, почти
тai<Иlvlli )I<e, KaI< и портландцемент. Начало схватывания глиноземисто­
го цемента доЛЖI-rо наступать не pai-Iee 30 мин (у портла�-Iдцемента не
ранее 45 мю-r), а конец - не позд�-rее 12 ч от начала затворе:ния.
Тепловыделение глиноземистого цеме1-rта при твердении при­
мерно в 1,5 раза больше, чем у портландцеме1-rта.
1.1.10. Расширя1ощиеся и безусадочные цементы
Расшир.тощиеся цементы относятся к числу смешанных, иногда
многокомпонент1-rых цементов. Изучались разJШЧные расширяющиеся
компо:не1-rты, однако наиболее эсрфективным оказался трехсульфатный
гидросульфоалюм:инат кальция 3CaO-Al2O3-CaSO4-ЗlH2O. Состав
цемента дает возмо)кность регулировать количество и скорость об­
разова:ния кристаллов гидросульфоа.mомш-rата I<альция и избе)кать
появлешrя вредных напрmкеншr, вызыва�-ощих растреск:ива:ние затверде:вшего цеме:r-rгного кам:r-rя.
Водонепрон:r,щаемый расширяr-ощийся цемент (ВРЦ) является
быстросхватывюощимся и быстротверде1ощим гидравшrческим вя­
лсуr:цим. Or-r получается путем тщательного смешивания глш-rоземи­
стого цемеrтта (~70 %), гипса (~20 %) и молотого специально изго­
товленного высокоосновr-rого гидроалюмината кальция ( 1О %).
Гипсоглиноземистый расширтощийся цемент - быстротвердеr-о­
щее гидравлическое вmкущее, получаемое совместным тонким из­
мельча.:r-шем высокоглинозе:rvrистых кл:ю-rкера или шла�са и природного
двуводного гипса или тщательньIМ смешиванием тех ясе материалов,
u
17
измельченньrх раздельно. ГипсогЛИRоземистый цемент обладает свой­
ством расширения при твердеr-rn:и в воде; при твердеr-rии r-ra воздухе or-r
проявляет безусадочньrе свойства.
Расширmощийся портландцемеrп (РПЦ) является гидравт,:rческим
вял<ущим веществом, получаемым совмесnrьrм тоr-пшм :измельче1-п1ем
следующих компонентов (в % по массе): портлаrщцемеr-rтн:ого кЛИI-псе­
ра - 58-63, глиноземистого шлака или кл::ин:кера - 5-7, гипса - 7-10,
домеr-п-�ого грю:-rулирова:нн:ого пшю:са или другои arcrи:вr-roи минеральном
добавки - 23-28. РIЩ отJШЧается быстрым тверде1шем в условиях кратковреме1-п-rого пропарr-rвания, высокои плотностью и водонепроницаемостыо цементr-�ого ка:мr-IЯ и способr-rосты-о расnшряться в водных усло­
виях. и на воздухе при постояr-II-rом увлюкr-rенm:r в течеmrе первых 3 суг.
Налрягающий цеме1п, затвореrпrый водой, сначала твердеет и
r-1аби:рает прочr-�ость, затем расширяется кю:с твердое тело и напрягает
л<елезобетон. Самонапрял<еr-п-�ый )Келезобетон применяется в н:апор­
r-�ых трубах, в мо1�олитных и сборных резервуарах для воды, для це­
меr-�тно-бетонных покрытий аэродромов, в спортивных и подземr-�ых
соорулсеrшях.
V
V
V
1.1.11. Особенности определения стандартных хара1стеристи1с
цемента
В разн:ых странах примеr-rяr-от существенно различающиеся ме­
тоды определеrшя основных фr1зико-механических свойств цемен­
тов: прочности, водопотребr-rости, сроков с:х.ватываrшя, равr-�омерr-rо­
сти :измеr-rения объема, которые даrот разшг:п-rые результаты при ис­
пытю:-�иях одr-rих и тех лее цементов. В настоящее время Европейским
I(омитетом по стандартизации приняты европейские стандарты се­
рии EN 196, регламеrпируr-ощие едш-�ые для cтpar-I ЕС методы испъr­
та�-rий физико-механических свойств цемен.тов в пластичных. раство­
рах с использоваr-шем полифрю:щиош-�ого песка и специалыrого обо­
рудования. В странах СНГ вся нормативная база строительства oc­
r-ioвar-ra на ·характеристиках. цеме11та, получаемых. при испытании об­
разцов, изготовленr-rых из более )Кестких. растворов с использова�-�и­
ем моr-�офрю:щиоr-rного песrса.
В r-�астотдее время в нашей стране кроме ГОСТ 310.1-ГОСТ 310.4
принят мел<rосударствен1п.rй стандарт ГОСТ 30744-2001 «Цемеrпъr.
Методъr исшrтавий с использованием полифракциош-rого пескю>, ГОСТ
30515-97 «Цемеr-rты. Общие технические условия», ГОСТЗ1108-2003
«Цементы общестроительные. Техни:чесrа,rе условия».
I-Iюке приводятся основные отличия этих. стю:щартов. I-fачалом,
с:х.ватываr-rия считаrот время, прошедшее от начала затворе1-rия до
18
того момен:та, когда игла н:е доходит до пластmrI<И 1-ra 3-5 мм. Рав­
�-rомер:ность изменения объема цеме�-rта характериз)'I-ОТ величин:ой
рас шире�-rия образца из цементного теста· нормальн:ой густоты в
кольце Ле Шателье при кипячении. АI<тивr-rость цеме1-rтов определя­
ют на стандартr-rых образцах размером 4Х4х16 см, изготовле1n-1ых из
цеме1-rтн:о-песчаной растворной смеси состава 1:3 (по массе) с ис­
пользоваr-шем стандарn-rого полифраrщио1-1ного песка с с]?икс1-Iрован1-1ьIМ з1-1ачением В/Ц, равI-IЬIМ 0,5. Уплотне�-1ие растворной смеси про­
изводят 1-1а встряхи:ва1-ощем столе.
В соответствии с ГОСТ 31108-2003 по прочт-rости на C)Kan1e в
возрасте 28 сут цементы подразделт-от на 101ассы: 22,5; 32,5; 42,5;
52,5. По прочности 1-ra С)I<атие в возрасте 2 (7) сут (скорости тверде­
ния) кюкдый класс цементов, кроме класса 22,5, подразделяют 1-ra два
подкласса: Н (�-1ормальн:отверде10ЩI1Й) и Б (быстротверде1ощm1).
Требоваrrия к физико-химическим свойствам приведе:ны в табл.1.1.
Таблица 1.1
Требовапи:я к физико-хими:ческим свойствам це�vrептов
I<ласс
прочноСТI1 Це-
мента
Прочность на ся<атие,№Ia, в возрасте
Начало
28 сут
схваты2 сут,
7сут,
:вания,не
не менее не менее не менее не более
ранее
-
22,51-I
32,5Н
32,5Б
42,51-I
42,5Б
52,5Н
10
10
20
20
52.5Б
30
11
16
-
22,5
32,5
42,5
52,5
75
42,5
62,5
60
52,5
-
45
РИО
(растиpem,re),
мм,
не более
10
Примеры условных обоз1-rачений:
1. Портландцеме1-rт класса 42,5 быстротвердеrощий:
портландцемент ЦЕМ 142,SБ ГОСТ 31108-2003.
2. Порт.:r.rа.т-1дцеме1-1т· со п:rл:а.I<ОМ (Ш) от 21 до 35 %, r<Ласса по
прочности 32,5, 1-1ормаль1-rотверде1-ощий:
портландце�v1ент ЦЕМ П/В-Ш 32,SH ГОСТ 31108-2003.
3. Портлаr-1дцеме1-rт с известI-IЯI<ОМ (И)от 6 до 20 % , r<Ласса по
прочности 32,5, нормальr-rотвердеющий:
портландцемент ЦЕМ II/A-И 32,SH ГОСТ 31108-2003.
19
4. Композ1щ:ио:rmый портлю:-Iдцеме1-Iт с суммар1-1ым содер)канием
домеrmого граr-rулирова:rп-Iого шлака (Ш), золы-уr-1оса (3) и известня­
r<а (И) от 6 до 20 %, класса по проч�rости 32,5, быстротвердеrощий:
J(омпозиционный портландцемент ЦЕМ ША-К(Ш-3-И) 32,SБ
гост 31108-2003.
5. Шлакопортлю:-Iдцеме:нт с содер)кание11 доме1mого гра1-rуш1рованного шлака от 36 до 65 %, класса по прочности 32.5, нормальr-Iотвердеющии:
шлаJ(Оnортла:ндцемент ЦЕМ ПI/А 32,SH ГОСТ 31108-2003.
6. Пуццолаr-rовый цемент с суммарным содер)канием пуццолаr-Iы
(П), зольr уноса (3) и микрокремнезема (МК) от 21 до 35 %, класса по
прочности: 32.5, :нормаль:нотвердеющий:
пуццола1-Iовый цемент ЦЕМ ТУ!А (П-З-МК) 32,SH ГОСТ
31108-2003.
7. Композиц:иоm-Iый цемеr-IТ с содер)кание:rv1 доменного гранули­
рованного шлаrса (Ш) от 11 до 30 % и золы-уноса (3) от 11 до 30 %,
класса по прочности: 32,5, н
: ормаль:нотвердеiощий:
ЦЕМ У/А (Ш-3) 32,SH ГОСТ 31108-2003.
К группе воздушных вяжущ1,rх веществ оТI-rосятся воздупп-Iая из­
весть, ГЮiсовые и магr-Iезиальные вюкущие вещества.
1.1.12. Известь
ИзЕесть получают обя<ИГом кальциево-мапшевых карбоr-Iатньrх.
горньrх. пород при температуре 1000-1200 °С. Содер)кание примесей в
в:иде глин, кварцевого песка не дomra-Io превьшrать 6 % и карбон:ата
магr-rия 7 %. В воздушной 1,rзвестr1 модуль основности свыше 9, содер­
лсаюrе свободr-rьrх. окислов кальция и мап-rия достигает 90-95 %, а сили­
катов и аmоминатов кальция не превышает 1О %. Обожясенная известь
представляет собой комья, которые необходимо подверпщь гашению
ишr помолу до удельной поверхности 350-500 Nf'/rcr. При гашении выде­
ляет бо.тrьшое количество тепла и увеличивается в объеме в 2-3,5 раза.
В зависимости от CYJvIМapr-Ioгo содерлсю:-rия окиси кальция и маг­
I-IИЯ известь делят на три сорта в зависимости от содер)!сания оксидов
и r-rепогасивпп-rхся зерен: 1-й сорт с содер)!санием оксидов 1-Ie менее
90 % и непогасивппrхся зерен r-re более 7 %; 2-й сорт - соответствеr-1но I-Ie м�r-Iee 80 % и не более 11 %; 3-й сорт - соответствеr-п-10 r-re мer-Iee
70 % и в:е более 14 %. Известь, предназr-Iачеr-mая для производства ав­
токлавньrх издешrй:, 1-re ДОЛ)!<На содер)кать более- 5 % оксида мапrия.
По скорост11 гашения различаr-от быстрогасящуюся известь со
скоростыо гашеrrnя r-re более 8 мин, средr-1егасяrду1ося - не более 25
ми:1-1, медлеr-п-Iогасящу�ося - более 25 мин.
20
I-Ia воздухе гашеная известь с песком и другими заполнителями
постепе:нно отвердевает под влияюrем двух од1-1овреме1-rно проте­
каr-ощих процессов: высыхания раствора, сблюкен:ия кри:сталлов
Са(ОН) 2 и их срастаr-rия; карбонизащrи извести под действием угле­
кислого газ, r<оторый в r-rебол:ьп.mх количествах содерлrnтся в возду­
хе. Образующийся СаСО 3 срастается с кристаллами Са(ОН)2 и уп­
роч I-шет известковый раствор. Так, известковые растворы через 28
сут воздушного твердеr-rия и:ме1от прочr-rость при с)катии: на гашеr-rои
извести 0,4-1 МПа, на молотой негашеной извести до 5 МПа.
.
V
1.1.13. Строительный гипс
Строителы-rый гипс получают путем об)I<ИГа природной гипсо­
вой породы. При температуре обжига 140-170° С получа1-от �­
модифю<ацию полугrщрата сульфата кальция, а при обрабоп<е в ав­
токлаве при температуре 105-110°С получа1от высокопрочньrй гипс
а-модификации.
В зависимости от предела проЧI-rости на с)катие соглас:но ГОСТ
125 различшот следуrощие марI<И гипсовых вюкущих: Г-2, Г-3, Г-4,
Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, ГЧЗ, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.
!vfиr-rимал:ьr-rый предел прочr-rости ка)l<дой марr<И в.юкущего дол­
)Кен соответствовать з1-1ачения:м, приведеr-п-rьIN1 в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Минимальный предел прочности 1,аждой марк:и гипсового вяжущего
Предел прочr-rости образцов-балочек размерами
4Ох4Ох160 мм в возрасте 2 ч, МПа (кгс/с�), не
Марка вяжущего
менее
при изгибе
пр:и с)катии
1,2 (12)
2,0 (20)
Г-2
1.8 (18)
3,0 (30)
Г-3
2,0 (20)
4,0 (40)
Г-4
2,5 (25)
5,0 (50)
Г-5
3,0 (30)
6,0 (60)
Г-6
3,5 (35)
Г-7
7,0 (70)
Г-10
4,5 (45)
10,0 (100)
5,5 (55)
Г-13
13,0 (130)
6,0 (60)
Г-16
16,0 (160)
Г-19
6,5 (65)
19,,0 (190)
Г-22
7,6 (70)
22,0 (220)
8,0 (80)
Г-25
25,0 (250)
21
В завис:им:ости от сроков схватываr-rия и степени помола пmсовые
вюкущие делятся I-Ia виды, приведеннь1е соответствеmrо в табл. 1.3, 1.4.
Таблица 1.3
Виды гипсовых вяжущих в зависи1иости от сроков схватывания
Индекс
Сроки схватывания, МI-ПI
срока тверначало, не ранее конец, не позднее
дения
Вид вяя<ущего
Быстротвердеющий
I-Iормальнотвердеющий
Медленнотверде1-ощий
2
6
20
А
Б
в
15
30
Не нормируется
Таблица 1.4
Виды гипсовых вяжущих в зависи1ности от тоrrкости помола
Вид вял<ущего
Грубого помола
Среднего помола
Тонкого пoivroлa
I1ндекс степени
ПOivfOЛa
Максималы-rь1й остаток на сите
с размера:rvrи ячеек в свету 0,2 мм,
%, не более
23
14
2
I
п
IП
Строительный гипс обладает низкой водостойкостыо. Для повышеr-rия водостоикости гипсовых вяжущих предло)кены гипсо.цеме1-1т1-1пуццолановые вяжущие, которые получают путем смеши­
ваr-rия в масс.% полуводного гипса (5-70 %), портлаr-rдцемента
(10-25 %) и активной минералы-rой добавки в виде трепела, диа­
томита (10-25 %).
Представителем водостойкого гипсового в.юкущего является
композицион1-1ое гипсовое вюкущее, содер)кащее добавки в в:иде
портландцемента, актив1-1ого минералы-rого компонента, суперпла­
стификатора, микрокремн:езема, получаемое с использованием мето­
да механохимической активации и отличающееся кроме того? повыше1:n-1ои прочностью.
1.1.14. Магнезиальные вяжущие вещества
Сь:rрьем для получения магнезиальных вmкущих веществ явля­
ется горн:ая порода магнезит, состоящая преимуществен1-10 из угле­
кислой соли магния в кристалличес1<ом или аморфном состояrrnи.
22
В результате об)кига при температуре 700-800 ° С получают пороrоок - каустическии магнезит, состоящии в ос1-1ов1-1ом из окиси
мaгmur. Каустический маг�.:rезит затворmот ·раствора:ми хлористого
или сернокислого магния; иногда для затвореI-IИЯ применяют хлористьш цюш, сернокислое )Келезо и т. п.
При использовюши сырья в виде доломита, представляющего
собой двойнуЕо углекислую соль магния и кальция, изготавm,rвают
каустическии доло:мит.
Магнезиальв:ые вя)кущие отлича:�:отся высокой плотностью 2,83,4 г/см3 , средняя насыпная плотность их 0,8-1,1 г/см3 , 01-ш относятся
к быстротвердеющим вюкущим - прочность маг�-Iезиальных вюку­
щих в растворе МО)Кет достигать 80-100 МПа.
Магнезиальные вюкуnще в строительстве приме:ня1от для уст­
ройства теплых бесшовных (ксилолитовы) полов, основ1-Iым запол1-штелем которых слу)кат древес:ные опилки, а тюоке для изготовле­
I-IИЯ фибролита, теплоизоляцио1-пI- ых материалов и т.п.
u
u
V
1.1.15. Кислотоупорный цемент
I<ислотоупорный цеме1-п состоит из тщательно перемеша1-Iного
:rvrолотого 1азарцевого песка и кремнефтористого I-Iатрия, его затво­
рmот на лсидком стекле, _rсоторое представляет собой коллоидный
раствор натриевого или калиевого силиката (Na2O-nSiO2, IZ2O-nSiO2)
с плотностыо 1,32-1,5. Кислотоупорный цемент примеНЯiот для из­
готовле1-1ия 1сислотостойких и )Каростойrсих бетонов.
Ж:идкое стекло МО)lсет затвердевать только на воздухе, при этом
испаряется жидкая фаза, повышается ко1-1ценграция свобоДI-Iого кол­
лоидного кремr-1езема, происходит его rсоагуляция и уплотнение.
Кре:мнес}?тористьrй натрий является катализатором тверде1-1:ия, повы­
ша1ощим водостойкость и кислотостойкость затвердевшего бетона.
1.1.16. Мелкий запол1-1итель
В качестве мелкого .запоm-штеля в тя)келом бетоне применяют
песок, состоящий из зерен размером 0,14-5 мм и имеющий плот­
I-Iость более 1,8 г/см3 • Для приготовления тюкельrх бето1-1ов приме­
I-IЯiот природнь1е песr<И, образовавшиеся в результате естестве1rnого
разруше:ния горньrх пород, а таrоке искусстве1-шые, полученные пу­
тем дJ_)обле1.:rия твердых гор1:IЬrх пород и из отсевов. Природные пec­
ra-r представляют рьrхлу:rо смесь зерен различных минералов, вхо­
дивших в состав изверлсе1-1ньrх (релсе осадочr-Iых) горных пород
(rазарца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.).
23
I(ачество песка, применяемого для изготовления бетона, опре­
деляется мих-rеральным составом, зерr-rовьr11 составом и содерл<анием
вред:ньrх пр:имесеи.
Заполнитель доюкен состоять из зерен разr-rого размера (разных
фраrщий), при этом количество крупных, средних и мет<ИХ зерен
(т. е. зерновой состав заполн:ителя) устанавливается на основе про­
верен:ньrх рекомендаций таким образом, чтобы зерна меньшего раз­
мера располагались в пустотах между крупн:ьI11И. Чем I<oimaктr-ree
располо)кеньr зерна заполнителей, тем меньше объем пустот.
Зерновой состав песка определяют просеиваr-rием высуше1-1ной.
средней пробы (1000 г) через стах-щартньrй набор сит с размерами
отверстий 2 ,5 мм и с сетками, имеrощими квадрат:ньrе ячейки разме­
ро:rv1 1,25; 0,63; 0,315; 0,14 мм. Метше частицы песка (пыль) 1-rмеr-от
размер ме:нее 0,14 мм. С!-rачала вычисляr-от частный остаток на r<ал<­
дом сите ai ( %), как отношев:ие массы оста11<а n1i, к массе просеи­
ваемой пробы m:
ai = 100 mi/m.
Затем определяют пот-rьrй остаток A i ( %) на кrокдом сите как
сум:м:у частных остатков на данном сите и на всех сI-пах крупнее
даmrого:
Зерновой состав песка удобно представить графичес1ш, если по
горизонтали отлояшть размеры отверстии сит, а по верт1шали- полные остатrш на ситах. На рис.1.1 в виде заштр:иховаr-rной области
указаны допустимые пределы I<олебаний зернового состава песков
для бето1-1а.
V
� о
""'
1 о-------Q.,�,--,'\,\..._..
8
1::: 2 О
1
�
r,..,'O
Qi
1-+--4----'
� JOt-+--+- v� c.,\1...01A4��,½',r½-'�=-----1------------1
QJ
g 40 ��� f,'r77-1/h7!Y,"7'6.=:.----l-------------i
� 50 О
§
5
6Qf--+--+-,l,4",t.,,Ч,,�-+------.--------------I
70�-l-.l',CA,.L,.L,,L---1----Oб.,1acn1ь 19Jупных·песков ----�
С) 80f--+--+ч-.,.<,,!',,'----+---------------------1
" ;::s
:о 901-+,t�Ч----f------1-------------1
§1001--Y',JL--+---+-------+---------------I
0,63
О, 14 0, 315
1,25
2,5
Ра3,иеJJы оп1верстий сип1, ,WJH
Рис. 1.1. Гр ас]?ик зернового состава песка
24
Для оцею<И крупности песка (табл 1.5) применя:�:от безраз:tvrерньIЙ
показатеm - модуль круrmости Мк, который вычисля:�:от как отноше1-1ие CYJYIMЫ поm-1ых остатков на ситах, начю-rая с сита с отверстиями
2,5 мм и коr-rчая ситом 0,14 ко всей пробе, прmrятой за 100:
Мк = (A2,s + A1,2s + Ао,бз + Ао,з1s + Ао,14) / 100.
В зависимости от зер1-rового состава песок разделя:�:от на круп­
r-rый, срещrий, мелкий и очень меm<ИЙ. Для бето�-rа рекомендуется
применять круп:ньIЙ, средний и меm<ИЙ песок. Для строитеmньrх
растворов примеюп-от и очеr-IЬ мелкий песок. Если песок не удовле­
творяет по зерновому составу требованиям стаr-rдарта, то его необхо­
димо фраrщиоr-rировать, т. е. рассеивать на две фраrщии. - крупнуiо и
метсую, получаемые разделеr-rием исходного песка по граr-rичr-rому
зерну, соответствующему размеру отверстий сит 1,25 или 0,63 мм, а
затем смешивать эти: фракции.
Меm<Ие частицы (пыm, ил, глина) увеличиваr-от водопотреб­
ность бетон�-rых смесей и расход цемента в бето�-rе. Поэтому содер­
жание в песке зерен, проходящих через сито О,14, долла-rо быть не
более 1 О % по массе, при этом количество пылевидных, илистых и
глинистых частиц, определяемых от:tvrучиванием, r-re ДOJI)l<НO превы­
шать 3 % в природном песке и 4 % в дробленом (глины не более 0,10,5 %).
Таблица 1.5
Класс:иq)икация песI(ОВ по I(рупност:и
Группа песка
l(рупный
СJJедний
Меm<ий
Очень меm<ИЙ
Поm-rый остаток на
сите 0,63, % по массе
Более45
30-45
10-30
Менее 10
Модуль крупности, Мк
Более 2,5
2 '5-2
2-15
'
1,5-1
Глин:а набухает при увлалснении и увеличивается в объеме при
замерзании, снюкая морозостойкость. Поэтому содер)каr-rие глиr-rы в
песке строго ограничивается, тем более не дол)кно бьпъ комков гли­
r-rы и суглинка.
Песок очищаr-от от меm<ИХ частиц путем промьшю:1. В природ­
ном песке и в гравии могут содерлсаться органические примеси (на­
пр имер, продукты разло)кения остатков растений), в частности орга­
нические гумусовые кислоты, которые понюкают прочность бетона
и да)ке разруша1от цемент. I-Iаличие органических примесей опреде­
ляют колориметрическим (цветовым) методом. Песок считают при25
годным для бетона, если Л<ИДI<ость - 3 %-ный раствор NaOH н:ад
песком - 1-re окрашивается или пр:иобретает окраску светлее эталон:а
(эталон имеет светло-жеmый цвет).
В природном песке и гравии могут содер)каться и неорганиче­
ские примеси, которые тоя<е :вызьmают химическую I<оррозию це­
ментного кашrя. К этой группе примесей относятся серноrаrслые и
сернистые соедш-rен:ия.
Песок отличается от крупного запошrителя способностью сильно
изменять насыrшу:r-о плоп:rость и объем при изменеr-:п,ш влюкности: (рис.
1.2) от О до 25 %. Сухой песок зав:имает :r-rат,rменьший объем, а влюкньIЙ
при укладке сби:вается в комки и :r-:re укладывается так плоn-:rо ка.к сухой.
Наи:бошши:й объем за:r-шм:ает песок при влю:rа-rости 5-7 %.
50
5
� 4
40
35
30
25
20
15
10
5
о
.__
,.........,_
1,,.- .......1,
V
�
\ '\
�\\
\'
\
\
�\
5
1О
\\
\\
BЛaJ/CIJOC111b
% по .;нассе
15 20 25 30 35 40 45 50
'-,
Рис. 1.2. Изменение объема песка пр:и увлюкнени:и.
I(ривые относятся к пес­
кам различн:ого зернового
состава
1 1 1 1 l'ti�f-=-i-3 1
1.1.17.Крупный заполнитель
В I<ачестве крупного запоmштеля для бетона примен:яют гравий,
щебе:r-IЬ и щебе:r-IЬ из гравия с размером зерен 5-70 мм. При бето:r-ш­
ровании массивных конструкций молmо приме:r-rять щебеr-rь крупно­
стью ДО 150 ММ.
Зерна гравия имеют скатанную форму и гладку:Ео поверхность.
Обычно гравий содер)IШТ в том или ином количестве песок, а татоке
вредные примеси - глину, пыль, ст-оду, гумусовые вещества ( орга­
нические примеси).
Щебеr-rь получают дроблением изверл<енных, метаморфических,
плотных и водостойких осадочнъrх горных пород (плотных извест­
няков, песчаников и др.). Зерна щеб1-IЯ имеrот угловатуr-о форму, )Ке­
лательно, чтобы по форме orm прибшDкашrсь к кубу. Более шерохо­
ватая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их
сцеплениr-о с цементным камнем, поэтому для бетов:а высокой проч­
ности (М500 и выше) обыч1-10 применяют щебень, а в:е грави:й.
26
I{ачество крупного запоm-штеля определяется минераль:ньтм со­
ставом и свойства:rvrи исхощ-rой породь1 (ее проЧI-1остью и 1v1орозо­
стойкостью), зерновым составом запол1rителя; формой зерен и со­
дер)ка�шем вредных примесей. ПроЧJ-rость исход1-rой породы при
сясатии в в:асыщен::ном водой состоянюr доmкна в:е мer-ree чем в 1,5-2
ра за превьшrать IУ.[арку бетов:а.
В paйor-rax с развитой металлургической промышленностыо эко­
номически вьП'одно применять щебень, получе1rный в результате
дробления и рассева тялселых отвальных или специалыrо отлитых
домеr-пrых и: мартеr-rовсrсих шлаков. Щебень из шлака доллсе}I иметь
устойчиву�о структуру. Распад шлатса молсет вызываться гашением
зерен свободr-rо:й извести.
Щебеr-IЬ из шлака доmке1-1 удовлетворять общим требованиям в
отноше:нии зерr-1ового состава. Не допускаются в 1-rем посторонние
примеси топливных шлатсов и зол, КОЛОIШ-IИКОВОИ IIЬIШI и т. д.
Пр:r,тме1-rя1от метод прямого определения прочности крушrого за­
пол:нителя путем раздавливания в цилиндре. Показатель дробимости
Др ( %) вычисляют с погреш:ностыо до 1 % по формуле
Др = 100 (т1 - т2 )lm1,
где тп 1 - испьrтывае1v1ая проба щебня (грави:я), кг; т2- остаток на контроm,ном
сите после просеивания раздробленной в цишщцре пробы щеб1-rя (гравия), кг.
В зависимости от дpoб:r,rмocnr при с)катии в цилш-rдре щебень
подразделяют на следу�ощие марки по прочности: М1400, М1200,
Ml000, М800, М600, М400, МЗОО и М200. Щебень М1400 и М1200
молсет содерлсать зер1-1а слабых пород в rсолw-rестве r-re более 5 %, ще­
бень Ml000, М800, МбОО, М400 - 1-re более 10 %, щебе1-IЬ МЗОО и
M200-I-1e более 15 % (по массе) . CoдepжaI-Irie в гравюr и щебr-rе из
гравrIЯ зере1-1 слабых пород r-re должно превышать 10 % по массе.
Морозостойкость щебня и грав:r,rя доmкна обеспечивать получе­
ние проектной мар1си бето1rа по морозостоЙiсости. Установлены сле­
дуЮЩИе марrси щеб1-rя и гравия по морозостоЙiсости: Fl5, F25, F50,
Fl00, Fl50, F200 и FЗОО. Марка обозначает число циклов попере­
:меm-rого замораясива1-rия и оттаивания, пp:r,r котором потеря в массе
пробы крупного запоЛНЩ'еля r-re превьmrает 5 % (для марок 15, 25 и
50 циклов допускается потеря массы до 10 %).
Относительный объем пустот (пустот1-rость) кpyrnroro запоmm­
теля (Vпуст) определяют с точ1-rостью до О,1 % по формуле
Vпуст = 1 - Рн /р,
где Рн -насьпrnая плотность круmrого запоmmтеля; р - его плотность в куске.
27
Из формулы видно, что для уме1-n,шения пустотности необходи­
мо увеличение объемной насып1-1ой массы путем nравилъв: ого под­
бора зер1-1ового состава.
Зер1-1овой состав круп1-1ого заполнителя устанавлива1от с учетом
наибольшего днаиб и 1-1аиме1-IЬшего днаим размеров зере1-1 щебня или
гравия. Наибольший размер зерен пр и бетонирова1-ши железобе­
тонных балок, колонн, рам доmкен быть не более 3/4 наименьшего
расстояния ме)Iсду стер)IШЯМИ арматуры, а для пшхт перекрытии и
покрытий - 1-1е более 1/2 толщины плиты.
Наименьшая крупность соответствует размеру отверстия самого
,мелкого из сит, через 1соторое проходит не более 5 % просеиваемой
' пробы; обычно наи1'1е1-n,шая крупность равна 5 (3) мм.
В зависимости от крупности зерен щебень, гравий и щебень из
гравия подраздеЛЯiот на четыре срракции: 5-1О мм, 10-20 мм� 20-40
мм и 40-70 мм. Щебень, гравий и щебе1-IЬ из грав�,rя могут поступать
в виде смеси двух или большего числа фракций. По соглашени1-о ме­
)Кду поставщиком и потребителем МО)Кет применяться щебень фрю:с­
ций 3-10 мм, 10-15 мм (или 5-15), 15-20 мм. Зерновой состав ка)к­
дой фракции �,rли смеси фракци11 доmке1-1 находиться в указа1-1ных
flИjKe пределах (табл. 1.6 и рис. 1.3).
Таблица 1.6
Зерновой состав крупного заполнителя
Размер контральных сит
днаим
О. 5днаим+ днаиб
1-й Для
5(3) мм 1 О :rvн.1 Для
фракции c:rvrecи
Полный остаток
на на ситах, % 95-100 90-100
по массе
40-80
50-70
днаиб
0-10
1,25 дн
аиб
о
В зависимости от формъ1 зерен устанавлива1-отся три гру1пn,1
ще61-IЯ из естественного камня: кубовидная, улучше1-rная и обыч1-хую.
Содер)ка11ие в них зерен пластинчатой (лещадной) i,r игловатой форм
не превышает соответственно 15, 25 и 35 % по массе. К пластшrча­
тым и :игловатым зерн:ам от11осят такие, в которых толщи1-1а �,rли ши­
рина меньше длин:ьr в 3 и более раза.
Содержание пылевидных, глmшстых и илистых. частиц в щебне
допускается в зависимости от вида исходной породы и марки щебня
по прочности. Содер)ка�-ше глинистых частиц не более 0,25 %, со­
дер)ка1-ш:е пьmев:идr-rых i,r илистых частиц не более 3 %.
Водопотребность является ва)ю-rой технологи:ческой характери­
стюсой запоШiителя, учитывающей влияние на формирование струк­
туры и свойств бетонов.
28
J{n-%
11
.
\
9
�
�
7
1/4
1/1
1/2
1/0,5 Ц/П
1/3
Рис. 1.3. График зернового состава щебня (гравия)
Определение водопотребности заполнителя, исходя из принципа
равI-IОПОДВИ)КНЫХ смесеи.
1. На стандартном встряхива�ощем столике устаr-1авлива1-от рас­
пльm цеме1-1т11ого теста при (В/Ц)ц, соответствухощем его 1-1ормаль11ой густоте. Для этого 900 г цемента перемешивают с водой в тече1-mе 5 :мин, а затем определя1-от расплыв KOI-JYCa, равный 170±1 мм на
встраивающем столике по ста1-1дартн:еи методике.
2. Подбира1от (В/Ц)р, пр:и котором раствор 1 :2 11а исследуемом
песке и:меет тш:zой )Ке распль1в rco1ryca. Для этого 300 г це:rv1ента и 600
г песка перемешива1от в течение 1 мин всухуrо и 5 миr-1 с водой, а
затем по ста1-1дартнои: методике определяют распльm конуса 1-ra
встряхива�ощем столике.
·3. Устанавлива1от осадrсу конуса раствора состава 1 :2 в:ормалъной
густоты при (В/Ц)р определею-rом ранее на всrряхива�ощем столике.
V
V
Для этого отвешивают 5кг цемента и 10 кг песка и пе­
ремешr,rвают :их вначале 1 :мин всухуr-о, а затем 5 МИII с водой, кош.r­
чество которой устанавлив.ш-от в соответствии с (В/Ц)р. После этого
определтот осадку ко1rуса раствора стандартными способами.
4. Подб:ирают (В/Ц)б, при котором достигается та лее осадrса ко­
нуса бетошrой смеси состюза 1 :2:3,5, т.е, получают бетоннуr-о смесь
1-rормалы1ой густоты. Для этого отвешива�от 2,5 кг цеме1-rта, 5 кг пес­
ка, 11 8,75 кг ще61хя (гравий), перемешива�от их 1 мин всухую :и 5 мин
с водой, а затем опредеЛЯ:Еот подв:иясность бето1rной смес:и стш-rдарт­
ньrми способами.
Водопотребность песка (Вп) и щебв:я (Вщ) вычисляют по форму­
лам:
Вп = 100 { (В/Ц)р - (В/Ц)ц} /2, %;
29
Вщ= 100 { (В/Ц)б-(В/Ц)р}/3,5, %,
где в з1-:rаменателе количество частей песка и щебня, приходяЩJ,rхся
на 1 часть цемента.
При 1t1сследовании процесса твердения этих смесей бьmо уста­
что период формирования структуры цементного камн:я,
новлено,
:
т. е. переход из пластично-вязкого состояния к затвердевшему, стро­
го зависит от его В/Ц. Введение в цеме1пное тесто заполнителя,
вследствие проявления его поверХI-Iостньrх сил, приводит к резкому
со1q)ащеню-о периода формирования структуры. Од:нако если доба­
вить воды в бетоннуr-о смесь до состояния равноподвила-:rости, то пе­
риоды формирова1-:rия цементного теста и бетонной смеси будут ощ1наковы, несмотря на разное В/Ц. Это свидетельствует о том, что
первоначальная структура растворов и бетонов формируется при
меньшем В/Ц, отШIЧном от В/Ц затворения, так как запошштель им­
мобиmrзует часть воды затворения, равНУfо его водопотребности. Та­
ким образом, равноподв1Dкнь1е смеси (цементного теста, растворов и
бетонов) ЯВЛЯI-отся и равнопериоДI-ТhIМИ, 1-1есмотря на разное В/Ц.
Однако, определе1-m:е водопотребности песка в составах 1:0,5;
1:1; 1:3; 1:4 показывает, что водопотребность, 11апример, песка сред­
ней круm1ости моя<ет изме1-шется от 5 до 11 % (рис. 1.4). Поэтому в
составе 1:2 :мы определяем «условНУfо» характеристику водопотреб­
r-rости песка, которую используем для ориентировочных расчетов,
например, при определении составов бетонов.
Кп,%
11
\
9
7
�
110,5 Ц/П
1/1
1/2
1/3
Рис. 1.4. Зависm,rость водопотребности песка средней крупности от состава
раствора (Ц:П)
114
Для получения зr-rачений водопотребности песка, крупного за­
полнителя и вmкущего в конкретных бетонных смесях МО)КНО воепользоваться слеДу:Еощеи методикои.
В бетоm1ой смеси вода распределяется мел<ду компо1-1ентами
следу1ощим образом:
V
V
30
Взат= 1'V Ц + Вп П + Вщ Щ,
где Взат - количество воды затворения, w, Вп, Вщ - соответственно водопо­
требпосп. цe1vrer-rra, песка и крупного заполнителя в данной бето1-шой c1vrecи.
Для определения водопотребности компоне1-rгов необходимо в
равноподвил<Ных бетонных смесях изменить содеря<ание, например,
песка и щебня на ±1 О %. Тогда
- водопотребность песка составит
Вп = (В1 - Взат ) / ( П1 - П),
где В1 - расход водь� в равноподвюкной смеси при увет-rчении расхода пес­
ка до величины П1;
- водопотребнос1Ъ крупного заполнителя составит
Вщ = (В2 - Взат ) / ( Щ1 - Щ),
где В2 - расход воды в равноподвИ)I<НОЙ ctvrecи при увеличении расхода
крупного заполнителя до величины Щ1
- водопотребиос1Ъ цемента составит
W
= (Взат - Вщ Щ - Вп П)/Ц.
Вода, примеr-rяемая для затворения бетонной смеси и поливки
бетона, не должна содерл<ать вредных пр:имесей, препятствующих
:норма.ньном·у схватываrшю и тверде1-шr-о вюкущего вещества. Для
затворения бетонной смеси пр:именяют водопроводную питьевуr-о
воду, а таюке природиу10 воду (рек, естественных водоемов), имею­
щую водородный показатель рН не менее 4, содеря<ащую не более
5000 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более. 2700
"МI'lл. Морскуr-о воду с содержанием солей не более 3,4 % разрешает­
ся применять для затворения и поливки бетона на портландцементе
при бетонировании массивных неармированных конструкций в тех
случаях, когда допускается появление вьщветов (высолов) на по­
верХI-rости соорул<ения.
I-Ie допускается применя1Ъ болотные, а таrоке сточные бытовые
и промышле1-rные воды без их очистки.
1.1.18. Добав1m к бетонам
Для регулирования свойств бетона, бетонной смеси и экономии
цемента применяrот различные добавки. Их подразделяr-от на два
вида: химические добавки, вводимые в бетон: в небольшом количе­
стве (0,1 ... 2 % от массы цемента) и изменяющие в нул<I-rом направле­
нии свойства бето:нной смеси и бетона, и тонкомолотые добавки
31
(5...20 % и более), использут-ощиеся для экономии цеме�-rта, получе­
ния плотного бетона при малых расходах цемента и повышения
стойкости бетоr-rа. Примен:ение химr-rческих добавок является одним
из наиболее универсальных, достуш-rых и гибких способов управле­
r-1ия технологией бето:на и регулирова�-rия его свойств. Ecm1 par-ree
наиболее широко в строительстве использовались в виде добавок
отделыrые химические продут<ты и модифицирова�-rные отходы про­
мышлеr-II-rости, то в настоящее время преобладmот добавки, специ­
ально приготовлеI-п-rые для бетона (суперпластификаторы, оргаиоми­
неральньrе 11 др.). Пла1rы развития строительr-1ой индустрии преду­
сматриваrот знащ,rтельное расширение производства бетонньrх сме­
сей с использоваrшем эффективн:ьrх добавок, прr-rмеI-rеиие новых ви­
дов добавок.
Хкrмические добавки классr1фицирут-от по основному эффекту
действия: 1) регулирующие свойства бетонньrх смесей: пластифици­
рующие, т. е. увеличивающие подвюr<Ность бетоI-11-rой смеси; стаби­
лизирующие, т. е. предупреждаrощие расслое1-rие бетоmrой смеси;
водоудерлGrваr-ощие, уме1-rьшающие водоотделение; 2) регулирую­
щие схватывание бето�-rньrх смесей и таердеI-rие бетона: ускоряющие
или замедляющие схватьrвание, ускортощие твердеr-rие, обеспечи­
ваrощие твердение при отрицателы-rьrх температурах (противомороз1-1ые); 3) регулируrощие плоттrость и пористость бетоm-1ой смеси и
бетона: воздухововлекаr{)щие, газообраз)'Iощие, пен:ообраз)'I-ощие и
уплотняющие (воздухоудаля1ощие и кольматируrощие поры бето�-rа);
4) добавки - регуляторы деформаций бетона, расширя1оrцие добавки;
5) повыша1ощие защитные свойства бетона к стали, иI-rгибиторы
коррозии стали; 6) добавrси-стабr1лизаторы, повышающие стойкость
бето1-rньrх смесей против расслоения, снюкаr-ощие раств оро- и водо­
отделе�-rие; 7) придающие бетоrfУ специальные свойства: гидрофоби­
зирут-ощие, т. е. уме1-rьшающие смачивание бетона; а�-rтикоррозио�-rные, т. е. повыша1ощие стоикость в агрессив1-rьrх средах, красящи:е,
повыша�ощие бактерицидные и инсектищrдньrе свойства, электро­
изоляциоr-rные, электропроводящие, противорадиацио�-rные.
Некоторые добавю1 обладmот полифункциональньrм действием,
например, пластифицирующие и воздухововлека�ощие, газообра­
зующие и пластифицируrощие и др. В этом случае добавку класси­
фицируют по наиболее вьrрюкенному эффекту действия.
Большое значение имеет эффектив�-rость воздействи:я добавки на
бетоннуrо смесь или бетон, которую обычI-rо о:це�-rиваr-от по величине
максималы-rого технического эффекта, достигаемого при введении
дar-II-roй добавки. Добавки одного класса могут заметтrо различаться
32
по эффектив1-1ости. В этом случае приме:нm-от дополнительную клас­
сификацию добавок по группам, обладающим определенной эффек­
тивносты-о. Например, добавки-пластифюсаторы делят 1--1а четыре
группы по эффеrстивности: (табл. 1.7).
Таблица 1.7
Группа
1
2
3
4
Классифи1<:ация пластификаторов
Эффективность действия
ИзNrенение
Уменьшение
Наю,,rенование
осадки конуса,
во допотребсм
ности, %
Суперrшастис])икатор
От2до20
Не менее20
Сильный rшастиq)икатор
От2до 14
Не менее 10
Сред1-шй rmастификатор
От2до 8
I-Ie менее 5
Слабый rшастисЬикатор
От2до 6
Менее 5
Воздухововлекаr-ощие добавки использу�:от главнъrм образом для
повышения морозостойrсости бето1-1ов и растворов. Эти добавки 1--rе­
сколько понюка�от проч:ность бето:на (1 % вовлече1-rного воздуха
сн1Dкает проч1--rость бетов:а :на С)Катие 1--ra 3 %), поэтому не следует в
бетон:нут-о смесь с целыо ее пластифюсацrrn вводить большое кошrче­
ство воздухововлекающей добавки. Содер)ка1--rие вовлеченного воз­
духа составляет обыч1--rо 4... 5 %.
В качестве ускоригелей твердеr-IИЯ применяют хлорид кальция (ХК),
сульфат 1-1атрия (СН), нитриг-1штрат-хлорид кальция (ННХК) и др. При
этом необходимо учитывать побоч�:rое действие этих добавок. Например,
хлорид кальция способствует коррозии: арматуры, поэт�му количество
его в )Келезобетоне ограничиваегся 2 %, I-Ie допускают его применеr-IИЯ в
конструкциях с тоmсои и предваригельr-10 r-1апрюкеr-п-1ои арматурои, эксплуатирующихся в 1--rеблагоприятr-1ых условиях. Сульфат 1-rатрия молсет
вызвать появление высолов на поверхности конструкций, что требует
специальнъrх предохранителы-rьrх мер. В FIИтри.т-нитрат-хлориде кальция
ускоряющие действия хлорида сочетаются с mmrб:ирующим действием
нитрата кальция, что несr�олько снюкает опас1-1ость коррозии арматуры.
В качестве противомороз1--1ых добавоrс примент-от поташ (П),
хлорид натрия (ХН), хлорид кальция (ХК) и др. Эти добавки по1--rи­
)1<ают точку замерзания воды и способствуют тверде1--1ию бетона при
отрицательньrх температурах. Чем 1-1юке температура твердения, тем
выше дозировка добавки (до 1 О % массы цемента и больше).
Для получев:1rя эффекта полифункционального действия приме­
няют комплексные добавrси, включающие 1-rесколько компонентов,
1--1апример добавки., одновременно пластифИЦI,rрующие бeтoI-IНJIO
смесь и усrсоря1ощие твердение бетоr-rа, и др. Разработаr-10 большое
V
V
33
V
I<ол1rчество раз:нообразI-ТhIХ комплексных добавок, позволяющих
осуществлять деиствен1rое управле1r:и:е своиствами и техиологиеи
бетона. Комплекс11ые добавки условно MO)IO-IO разделить I-Ia пять
групп: смеси поверхиоспrо-активr-rых веществ (I), смеси поверХI-rост­
но-актив:ных :веществ и электролитов (II), смеси элеr<тролитов (III),
I<омплексные добавки на ocr-roвe суперпластификаторов (IV), слол<­
ные МI-rогокомпонентные комплексr-Тhrе добавr<И (V).
Для актив11ого управлеr-rnя структурой и свойствами бетош-rой сме­
си и: бетона 1-1аряду с хи:м:и:ческими добавками примеr-IЯiот :rvoo-repaлы-Thie
(Мд). Эти материалы представmпот собой пороппш различной минеральнои природьr, получае:rvrьrе из природr1ого ишr техногенного сырья
(золы, молотые шлаю1 и гopr.:rьre породьr, :м:и:крокремr-rезем и др.).
Минералыrые добавr<И делятся на аr<тивr-Iые и инертr-rые. Актив­
в:ые МД cnocoбr-ThI в присутств11и воды взаимодействовать с диокси­
дом кальция при обьrчньrх температурах, образуя соедтп-rения, обла­
дающr1е вюкущи:ми свойствами. При: введе11ии в бетон они взаимо­
действуr-от с Са(ОН)2, выделтощимся при гидратации портландце­
мента. Некоторые активr-rые МД, например молотые домеm-rые шла1а1, способ1-1ы I< самостоятелы-Iому твердению, которое активизирует­
ся при добавr<е известr1. На свойства :ми1rераль:ных добавок з1rач:ителы-rое влияние оказывает зерновои состав, определяющии уделънуI{) поверы1ость и соответствеm10 реаrщионную способ�-rость или
возмол<ность уплоп1е1-mя структуры бетона.
Инертные добавr<И, 1-rапример молотый кварцевый песок, при
обьrчr-rой температуре r-re вступаr-от в реакцию с компоне1-rтам:и це­
ме1-rта, од1-rако при определехmьrх условиях эти добавю1 могут прояв­
mrгь реакциоr:rну:r{) способносТh (r-rапример, при автоклавной обра­
ботке). В большинстве случаев инертньrе добавки используrот для
регулироваrшя зернового состава и пустотности твердой фазы бето1-1а: запол1-rитеm, - цеме1-rт - МИI-rеральная добавка, с целью управле­
I-IИЯ свойствами бето1-п-rой смеси 11 бетона.
Природr--1ые минералыхые добавr<И получают тонJ<ИМ измельче1-mем различных гор:ньrх пород вуm<аr--rического ( туфы, пеплы, трас­
сы) или осадочного (диатомит, трепел, опока) происхол<дения.
}Iменно к туфам первоначально был применеr-I термин <аrуццолаr-Iы»
по н:азванию итальяr-rского местечка, где они добывались.
Для повышения эффективности бетонов и решения экологичесхшх.
проблем 1-1аШJШ пшрокое при:ме1-rение в техr1ологии бето1-rа кре:м:н:еземи­
стые напошIИТели в ви:де местных материалов (11апример, меm<Ие и ШI­
левИДШ:,rе пески), а таrоке отх.одьr про:мьmmенности (золы и шлаки ТЭС,
домеmп,rе шлахш, горелые породьr и т. п.). Некоторые видьr тех�-rогенV
V
V
.
34
V
V
1-п,rх. отходов испоm,з}'I-ОТ без предваригеm,н:ой обработки, например,
зола уноса ТЭС для производства изделий из лепсого бетона на порис­
тьrх. запоmfИТелях и ячеистьrх. бето1-rов.
К активным ми:т-rеральным напошrителям относят порошкооб­
разные или волок нистые материалы, применяетrе для эков:омии
вялсущих и: регулирования физико-технических свойств композици­
он1-rьrх. материалов, в том чи:сле строительньrх..
Наполнители в цемент1-п,rх системах делятся I-Ia активные, спо­
собные вступать в химическое взаимодействие с продуктами гидра­
тац:r,п1 цемента, и инертные.
При получении портлан:дцемен:та, растворов и бетов:а в качестве
напол1-штелеи применяr-от: тошсомолотые кварцевые пески, мел, известr-urки, доломитьr, добавки мапrезита, хромита, талька, шамота,
отходы протrшленн:ости: золу, доме1-�ные, электротермофосфорные
и топливные шлаки и т. п.
Формирование стр}'Iстуры rсо:rvmозIЩИонньrх. cтporпem,r-IЬIX мате­
V
риалов - это результат совмесmого протекания гидрато- и сгруктуро­
образова1-IИЯ в цементном тесте, т. е. последователы-п,rй переход от коа­
rуШЩJ-10:нной структуры к образоваюпо простра:нственного кристатш­
ческого каркаса.
В цеменnп,rх композициях :выделяют три уровт-rя: микро-, мезо11 ма1сроуровень. Мшсроуровень характеризуется молекулярньw
взаимодеиствием продуктов гидратации цемет-rта с паношrителем,
Химически активные ;в:апол1mтели смещают 1-rаправлеr-�т-rость реак­
цr-rи в сторону ш-�тенсивного вьJiделет-rия продуктов гидратации, свя­
зывая последт-rие в нерастворимые соедит-1е1-rия. Так, кремнеземистые
1r- аполнители, вступая во взаи модействие с Са(ОН)2, образуют низ­
коос1-1овв:ьrе гидросиликаты. Карбонаты кальция и магния взаимо­
действу:Еот с алr-омосодерлсащими :клинкер1-rьrми минералами, образуя
комплексr-�ые соеди1-1е1-rия типа эттри1rгита.
Достюкеr-�ие ма1сс:имально возмоЖI-Iой дисперс1-�ости r-�аполнигеля
обычно положитеm,1-10 сказывается на его свойствах. Обладая высокои уделы-rои повер�:носты-о, r-�апошштели 1-Iаряду с прятrм химическим взаимодействием влияют 1-ra физико-химические процессы у
поверхности раздела фаз. Так, по мере образова1-rия ко1-�денсациош10rсристалm1зацион1-1с5й структуры происходит форм:ироваrmе эпитаксиальньrх контактов меящу клеящеи массои и зер1-1ам:и 1r- аполr-�игеля.
На мшсроуровне растут эпитаксиальные ко1-1такты близкой химическо:и природы при :непосредственнои достроике rсристаллическои
решет1аr МИI-Iералов 1-rаполнителя.
В соответствии с учением Гиббса-Фолмера уменьшение изме1-�ения свободн:ой поверхт-1ост1-rой энeprnx,r мелщу т:вердой и )IСИ:дr<ой
V
v
V
V
v
V
v
35
V
V
фазами: за счет эI-rергии поверхностного раздела 1-rапоm-rитель суще­
ствен1-1O ускоряет кр:исталлизацюо новообразований. При теШiо­
влал<носn-rой обработке наполненные цеменn-1ые систе:м:ы дают
больший: эффект, чем при тверде1-:rии в 1-rормальных условиях.
Кроме того, уме11Ьшая ди:спергирование радиуса зерен I-Iапош-rителя
и поверхностr-:rое 1-rат.юке1-rие на rрш-rице «кристалл-лсидкая фаза>> за счет
электролитов и: других ускорителеи тверден:ия, мож1-rо з1-1ачитеш1-rо повысить вероятr-rоС'IЪ зарол<Дения 1-1овой фазы. По мере роста кристаллов
новообразован:и:й происходит заполнение IУJШ<РОПор цe111e1mroro геля:.
В резу.щ,тате при: оптЮviалы-rой I<ОIЩе1-щац:ии и дисперсн:ости напоm-rи­
теля образуется меm,озерн:истая структура связ)'Iощего, что благоприятr-rо О'IрЮI<ается 1-ra тею-rических своиствах искусстве1-ш:ого каюrя.
Наряду с I<онструктив:ными возмола-rо и деструктивное влияние на­
полнителя. При избытке I-Iапошп-rгеля с высокой дисперсноGIЪIО зерен
вoзI-IИI<aJ:OT участr<И самонапр.юке1-rия, что по мере роста кристаллов мо­
л<ет привести к образовш-п-по трещин и другим 1:rарушен:иям ощ-1ород�-rой
структурь1. Для: ис1<JIЮче1-шя таких. я:влех-rи:й :необходим:о 131аnочать в со­
став нацош-rителя частицы бошших размеров, при этом возмо)кно обра­
зование эп:итаксиалы-rьIХ контаrсrов 1-1ового типа, основаю-:rых 1-1а силах
электростатического притюке:н�,ш и мехаr-rического заще1'1ле1-rия.
Мезоурове1-rь хараrсrеризуется прел<Де всего физическим взаимо­
действием частиц 1-1аполнителя между собой и с частицами гидрати­
рующего цемеr-rта. В гидратациоr-mых. системах. 1-1а физическом взаимод�истви:и частиц существеш-rо сказываr-отся стес1-1е1-11-1ые условия,
которы� отличаются резrсим увеличением объемной ко1-ще1-1трации
твердой фазы и переводом части объем1-1ой воды в Шiеночную. Соз­
да1-rие стесне1-11-1ьIХ условий позволяет теХI-Iолог:ичес1си обос1-1оваrшо
снизить водосодерл<ание бетоIШой смеси. ПримеI:rеI:rие 1-1апоm-rителей
при постоя1-rстве других параметров смеси способствует созданию
таrсих. условий 1-ra I<оагуляциоr-п-rой стадии структуроообразоваr-rия.
Макроуровень хараrсrеризуется формироваr-rием цементньrх бето­
r-rов r-ra двух подуровнях.: наполнеr-rr-rое цемеН11-rое тесто-1-rаполн:итель,
1-rапоm-rитель - цеме1m-rое тесто.
На маr<роуровне напоm-mтель доmкен обеспечить маr,сималы-rуr-о
когезио:ннуrо прочность связуr-ощего, минимальнуrо пустотность за
счет вытес1-:rе1-rия цeмei-rn-roro теста в контактнуr-о зону и общую пус­
тотность бетона в целом. При этом степен:ь наполнения доmкна быть
такой, чтобы в 1-1ачальной стадии формирован:ия структуры бьmи
обеспече�-rы задаI-IНые реолог:ичесrсие параметры смеси.
ДШI получе�-rия высококачественных. бетоr-rов и повышения эф­
фективности использовш-rия цемента в бетоr-rе пр:именя1от компози36
цио:нные вюкущие. В основу получения таких вюкущих поло)ке11а
меха�-rохимическая активация мв:огокомпо�-rентных систем. Получе­
ние их заключается в примен:е�-:rии специальных добавок и аi<тив1-rых
минеральных компо�-rентов. Примером таких композицио1-rr-1ьrх вя­
Jкущ:их явля1отся вюкущие 1-rизкой водопотреб1-1ости (ВНВ), проч�
1-rость которых в 1,5-2 раза выше исходного цемента, а разбавле�-rвъrе
(с 50-70 % молотого шлака или кварцевого песка) обеспечиватот ту
)Ке проч�-rость, что и исхоДI-Iого цеме�-rта. Дальнейшим развитие тех1-rологии ВНВ стало создание особо то�-rкодисперсных вя)кущих ве­
ществ и r<омпозицио�-II-rьrх материалов. Особое вrrnмaI-П:Ie при этом
уделяется механизму взаимодеиствия с 1-rапол1-1ителями.
Анализ мехаr-шзмов rco1-rтarc111ьrx взаимодействий в наполненн:ьrх
цементных системах позволяет 1-rаметить пути активации наполнителеи с целы-о усиления irx адгезии к связующему и повышения струт<турообразующей роли.
Все контаrm-rые системы делятся 1-ra paвi-roвecr-IЬre и 1-rеравновес­
ные. В равr-rовесных системах х:имические потенциалы компоне�-rтов
контактирующих фаз одиr-rаковы, адгезио�-пrые связи локал}rзуrотся
11а атомах у поверхности кюкдой фазы, происходит взаимонасыще11ие свобоДI-IЬIХ вале�-rтr-rостей граrmч1rых атомов тел (при близости
природы и свойств послед1-п,rх), не сопроВО)I<дающееся разрывом
ме)катом�-rьrх связей в объеме кrокдой фазы.
В 1rерав1-rовеснъrх системах на rparlliЦe раздела протекает :хтv.rиче­
ская реакция с частичным разрывом межато:rvrньrх связей в объеме кюк­
дой фазы, образуrотся проме)куточr1ые соединеr�rnя различr-IЬIХ т:�,шов,
происходят диффузия, растворение одной фазы в другой. При этом
первоначалы-Iая rpai-rицa меящу фазами размьmается и часто с}?ормиру­
ется новая, например, между одной r,rз фаз :и слоем промелсуточного
хш✓.пrческого соединеrIИЯ. При выборе 1-rапоm-IИтелей и определеr-rи:и пу­
тей их активации предпочтитеш,но стремиться к образованию химически неравв:овеснъrх систем с высокои адгезиоm1ои прочностью.
Создание достаточно проЧШ>IХ адгезиоrmых ко11тактов в системе
«цeмer-rr-r-ranom-rитeJTh» возмол<I-rо лишь в том случае, если поверХНоСТF1ая
эr-rергия 11апоmrителя зr1ачительно вьnпе, чем цемента. Этот вьmод базируется 1-ra термодинамическои коIЩепцшr aдreзmr, в соответствии с которой ocr-roвr1aя рош, в формировании адгезионной прочносm отводится
coonroшer-rшo зr-rаче1-rий поверхностной энергии адгез:�,mа и субстрата.
При этом поверхностная эr-rергия адгезива меньше, чем у субстрата.
Для 1I<Идх<остей эrсвивалентом лохuтия nо)3ерхностr-rой эr-rергии
служит пoвepxr-rocтr-roe r-rатюкение, определяемое хорошо разрабо­
танными экспериментальными методами. О зr-rачеFrии ее для твердьrх
V
v
37
•
V'
тел MO)IO-Io судить только косвенно - с помощыо ряда расчетных ме­
тодов или измере1-1ия не1<оторых меха1-п-rческих соедин:е1-IИЙ. Напри:мер, для оце1-1ки поверх.носmои: э1-1ергии мm-1ералов распростра1-1ены
методы шлифования, сверлеI-IИЯ, царапания, затуха1:ощих колебаний.
Применя1от та1оке методы, основа1-п-rь1е на определеI-IИИ эх-rергии раз­
руше1-rия, в ос1-1ову которых поло)кена теория Гриффитса.
Для оцен1rn изменеr-rия поверх�-rостной э1-1ерrии при актrmации:
порошкообразI-rых 1-1апоm-1ителей интерес представляют методы, oc­
нoвa.I-II-IЬie на изуче:нии смачивания в системе «твердое тело­
)Кr,rдкость», в частности метод определения критического поверхно­
стI-rого натткеI-IИЯ (метод Зисма:на), которьп1 предполагает экспери:­
ме:нталы-1ое определе:rmе косинуса угла смачиваrшя твердого тела в
зависимости от поверхносп-хого 1-rат.юкения )I<идкости.
Интервал значех-IИЙ поверхност�-хой энергшr у разных материалов
весьма широ1с от 0,072 Длd"N12 у воды при нормаль1-1ой температуре
до 1-2 Длdм2 у тa1rnx материалов, как алмаз или карбид кремюrя.
Пути физико-химической ах<тиваци:и напол1-1:ителей в з:начитель1-1ой мере вытекают из уравнеrIИЯ Дюпре-Юнга, учи:тывающего до­
пошrительI-1ое влия1-mе адсорбции паров и структуриру�ощего эффекта твердои поверхности:
Wад = Wт- Wт (111, + cos0),
где Wад - работа адгезии; Wт - свободная энергия твердого тела в an,,rocфepe
паров или газов.
Поверхностная э1-1ергия является составной частью пошrой энер­
гии тела, которая определяется суммарным эффектом э1-1ерп1и коле­
бат-п-rя атомов, кю-1етической энергии хаотического поступателы-1ого
и вращательного двюкет-rия микрочастиц (молекул, атомов, ионов,
свободных электро1-1ов и др.), поте1-1циальной энергии взаимодейст­
вия этих частиц, энeprillf: электронных оболочек атомов 11 ио1-1ов,
ВI-JУтриядер:нои э1-1ергии, э1-rергии электромагнИТI-rого излучения.
В соответствии с уравне:нием Гиббса-Гельмгольца свободr-1ая
удельная поверХI-1остr-1ая эrrергия определяется из уравнения
и=
(J -
то cr/ оТ,
где И - полная поверхностная энергия; Т 8 cr/ 8Т - теплота образовани:я еди­
:ющъ1 поверхности.
Для 1сристалm,rческих тел удельная поверхност1-1ая э:нергия зависит от прочностr,� peшeтrrn, а таюке от своиств среды, O1срул<аJоще:и
тело. Эффективным свойством активации 1-1апошmтелей за счет уве­
личения поверхностн:ой энергии является меха1-1охимическая обраv
38
V
ботка. Увеличение поверы1остr1ой энергии вызывается, прел<Де всего
разрывом мел<атомных связей структуры. Это имеет место при дроб­
лении:, помоле, истирании твердых тел. · Новые свел<еобразовав:ные
поверхности имеют значителы-10 более высокую адгезионну:r-о актив­
ность. Особое э1-1ергетическое состояние · новых поверхностей из­
мельченных мин:еральных материалов - кварца, известняка, магнези­
та, пшса и т. д. мол<Но объяс:нить образова1п-rем большого количест­
ва н:ен:асыщеmrых валентных связей. Так, при измельчеrrnи кристал­
.лов кварца в результате разрыва з:начительного коJШЧества связей Si
- О на поверхности зерен образуются ионы Si4+, 0 2-.
Определеr-mый вклад в повыше:нии активности кварцевого 1-1а­
полнителя при измельче:нии дает таюке его поверхностная аморфи­
зация. Толщюfа поверыrостного аморфизироваr-п-rого слоя измель­
че1-1ного кварца достигает 150-400 А. При измельчении карбо1-1ат11ых
.матер:иалов происходит глубокое нарушение их кристаллической
структуры вплоть до частичной диссоциации с вьщелеиием СО2 .
Меха1-mческие процессы при измельче1-ши мmrеральных и органичес1а-rх материалов 1-1аряду с увеличением их поверыrостнои э1-1ергии вызыва1от рост изобар11ого потенциала порошков и соответст­
ве11но, их хишrческой активности, что та�оке способствует высокой
адгезионной прочности при контакте их со связуr-ощими. Следует,
оДI-:rако, учитьmать склоrmость молотых поропп<ов к быстрому дезак-­
nmированm-о н:а воздухе в результате высокой адсорбционной спо­
собности и взаи:мной компенсации образова111-1ых. зарядов. Время
существования в воздушиои среде радикалов, воз1mка1-ощих при меV
хаr-rохимической обработке, составляет всего 1 о-з ... 1 о-6 с.
Адсорбция све)кемолотъrми поропп<ами паров влаги и углеки­
слого газа из воздуха и насыщение иекомпенсироваю1ых молекуляр1-:rых сил приводит не только к «старе1-rи10» поверхности напошrителя,
но и слулшт допол1rnтелы-1ым препятствием образованш-о 1-rаделап,IХ
адгез1101-п-1ых контактов. В связи с этим механох.:mлическая активация
наполнителей эффективна при создаrrии ·на их зернах первичного
контактного слоя струrсrурироваr1ного связующего непосредстве:нно
в процессе измельчения. Пололштельный опыт такой активации ми­
нералы-rых порошков накоплен в теы1ологии асфальтовьIХ бето1-1ов.
Известно, что рост прочности поштмерных композитов та1оке дости­
гается при меха�-1ической обработке поверыrости полимерного на­
пош1ителя в присутствии адгезива и мо�-rомера.
Активации адгезив1-1ой способ1-1ости 1-1апошrителей за счет уве­
личения их свободной поверхr-1осn1ой энергии можн:о достичь воз­
действием электрического и магнитных полей, ультразвуковой обра­
боткой, с помощью ион::изирующих излуче�-rий.
39
Под действием внешнего электрического поля молекульr и ио­
:нъr, слагающие материал, поляризуются. Различают тpr,r механизма
поляризуемости: электроr-п-�ый, ионный, ор:не:нтациош ·П,IЙ. Суммар­
н:ая поляризуемость мо)кет быть найде1-rа :из условия аддиnrвности:
Для иomrъrx кристаллических тел характерн:а электроI-II-rая и
ио:нная полярr,rзация, н:еполярных веществ - только электронн:ая.
Электрон:1-1ая (атоМI-rая) поляризуемость представляет сумму по­
ляризуемости всех электронов атома, ионная - является функцией
ме)катомного расстояr-rия и потехщиала отгалкива.I-IИЯ. Ориеr-rгацион­
ная поляризумость является фушщией диполя и температуры.
Вследствие определе1-тт1ого смещения частиц под действием электри­
ческого поля образуются диполи. Диполь:ный момент �L = а Е, где Е н: алрюке1-шость электрr,rческого поля.
Приобре.тение частицами заряда в электрическо:r-.1 поле МО)Кет
быть осуществлено тремя путями: контактной зарядкой r-ra электро­
де, объемной зарядкой во взвешен:в:ом состошmи с помощью корон­
ного заряда, трибозарядкой частиц, т. е. приобретением ими заряда
за счет трения или разрушения агломерата.
Трибозаряд частиц происходит, например, в процессе измельче­
ния и воз1-mкает r<:ак результат флуктуации ионов при дроблен:ии.
I::[аряду с меха�-rохимическими процессами 01-ra Ш'рает определенную
роль в процессах активации ми:неральных веществ. При контаrсrной
передаче от зарюке1-II-1ого тела частицы, не проводящие элеrсrриче­
ский ток, приобретают заряд. Основн:ым источх-rш<:ом объеМI-rой зарядки, при которои происходит ионизац:ия частиц ме)кду электродами за счет оседания электронов, является коронв:ьIЙ заряд. Он мол<:ет
осуществляться в газе при резко неоднородном электрическом поле
с помощью электродов в виде коаксиальных диЛИI-rдров, с:истемы
проводов или игл над плоскостью и т.д. Kopo1-r1-rьIЙ заряд происходит
при определею:�:ои критическои: 1-rапрюкеmrости поля.
Сила, воздействующая на частицу в электроШiом поле, пропор­
циональна произведению ее заряда и 1-rапрюкенности поля. Поло)КИ­
телы-rоivrу влияrmю электрического поля 1-ra адгезио1-rну10 прочность
способствуют умеr-rьше1-rие угла смачхmашrя под воздейств:ием элек­
трического заряда, удале1-mе следов влаги и воздуха с поверхности
подлол<КИ, существеrrnое ускорение скорости пропитки при исполь­
V
V
зовании порr,rстых матер11алов.
Эффективным путем уме1rъшенtrя ме)кфазной поверхносттrой
эх-rергии является обработr<:а наполнителей поверыrоспrо-активными
40
веществами (ПАВ). Необходимым условием эффективности ПАВ
является их способность к хемосорбционв:о:rv�у взаимодействию с по­
верхностью частиц наполнителя. В общем случае для минеральных
н:апоm-rителей кислотного характера наиболее эффективным является
ПАВ катио:наrстивного типа, а основного - анион:активные.
Влияние адсорбцио1-rно-актив:ной среды на разность ме)!сфазной
поверхн:остной э1-1ергии без ПАВ и в присутствии ПАВ растет с по­
вышением дисперсности наполнителя и его концентрации, что свя­
заr-10 с увеличением меясс]?азной поверХ1-1ости и соответствеIШо с из­
быточной поверхносп1ой энергией.
Мини:rvrальное з1-1аче1-ше поверхностной энергии на ме)1<фазr-1ой
поверхности раздела достигается при условии близости молекуляр­
ной природы связУ:Еощего и 1-1апол:нителя. В соответствии с правилом
Ребиндера мелсфазное поверхностное натткение смачивающей )КИд­
кости тем нюке, чем ме1-IЬше различие в полярности твердого тела и
я<ИДКости. Повышение химического сродства напоm-rителя к свя­
ЗУ:Еощему моясет быть достигнуто модификацией его поверхн:ости
прививкой активных ФУIПщиональных групп. Этот способ нашел
применеrше для активации адгезио1-IНого взаимодеиствия полимеров,
представляется перспектив1-1ым и для неорганических напол:нителеи.
Например, поверхность кварцевого песка, силикагеля в полимерных
композитах часто модифицируют, используя их способность к реаrс­
ции с разJШLП-Iыми силанами и силиконами.
В результате этой реакции происходит прививка к поверхт-1ости
кремнеземистых 1-1аполнителеи орга1-1оси.шпсаТ1-IЬIХ групп, становится
возмол<Ным химическое взаимодеиствие кремнезема с полимер1-1ым
связующи:м:. Примев:еrше таrа,тх модифицированньтх :кремr-1еземом
наполнителей каучуков приводит к резкому улучшению физикомеханических своиств полимерньтх композитов.
Одним из путей активации 1:rаполвителей является создание оп­
тимального рельефа его поверХ1-1ости. Увеличение шероховатости
наполнителя не только способствует мехаr:�:ическому заrсли:нивания
связу�-ощего, но и цовышает таким образом площадь поверхности
контаrста. Увеличение адгезионной прочности в этом случае идет за
счет улучшения ус�овии смач�,rnания.
Форма частиц и рельеф их поверхт-1ости зависят от типа помоль­
ного агрегата и природы материала. Так, при грубом помоле песка в
вибромельнице круп:ные зерна получаr-отся округленнъIМИ, а мелкие
- более угловатьIМИ. При измельчении в шаровой мельI:rице до раз­
мера частиц 0,5-0,6 мм преобладают круглые зерна. Дезинтегратор­
ный помол преимуществеIШо дает угловатые зерна песка.
41
I-Iаряду с путями активации адгезиоr-п-rого взаимодействия н:апол­
нителей со связующим несом:не1-п.:rьrй интерес представляют и способы
актИJЗации н:апоmштелей с целью 1-п-пе1-1сификации эпитаксиальной
кристаллизац:иr1 связующего. Отмечено, r-rапр:имер, пр:именитеm,1-10 к
цементнъrм системам, что наполнители являются более предпочтитель­
ными подлоя<ками для образования зародьшrей гидратньrх 1-rовообразо­
вашrй, чем часТIЩЬI :исходr-1ого цемента. Двухмерr.:rьrе зародьПШI гидра­
тов прочно фш<сируются на поверхности :наполнителя и ш1тенсифицт1ру:ют оргаmrзовашIЬm рост структуры цементного камня в тrаnравлен:ии, перпендикулярном поверХI-Iости частиц наполmrгеля. Зародт�шu1
кристаллов новообразовашrй, образуеNIЬrе на частицах исхощrого цемента, в результате их растворе1-m:я СNIЬIВаются водои и оказьmаются в
ней во взвешею-rом состот-rии:, что способствует организацm.,r случай1-1ои, 1-rеоргm-rи:зоваmrои структуры цеменгного rcaмr-rя.
№-1оп1е местньrе материальr и отходьх про:мьmrлеm:rости неодr-rо­
рощ-rы. Поэтому их неm,зя пр.:именять без предваритеm,ной обработки.
В связи с этим на заводах )l{БИ предусматрива1от оргm-п-rзацию подгото­
витеm,ного отделения для аI<.Тfrвации и повьшrеr-m:я ощ-1ородности мест­
ного материала или отхода. Это позволяет получить конди:цион:ньrй
кремнеземистьrй 1vmтсронапоmштеm, либо многокомпонентr-1ое в.юкущее.
Активацто и nовь:rmение однородности местньrх материалов и
теХI-1огев:ньrх отходов осуществляют путем их меха�-rохим:ическои
обработки в помоm,ных агрегатах. В случае помола указанных мате­
риалов совместно с добавrса:м:и ПАВ получюот орга�-rоминералы-Iую
добавку, обладтощую высокой однородностью и низrсой водопо­
требностью, I<оторая мо)Кет эфс]_)ективно применяться в строитель­
ньrх растворах и меm<озерн:истых бетонах.
V
V
V
.
V
Контрольные вопросы
1. Какова классификация бетонов по виду вяжущего, запошппеля,
средней плотности и назначению?
2. Назовите минеральный состав цеtvrентного rшиmсера и веществен:ньш состав портландцемента.
3. Ука:>ките, как определяются стандартные свойства портландцемента.
4. Назовr,rге пр�,пщипы получения разновидностей портландцемента.
5. Укала-rте особеr-rn:ости гшшоземистого, расrшrряющегося и безуса­
дочного цементов.
6. Сфорtvrулируйте требования к tvreлкo:rvry и крупному заполmпелям
для бетонов.
7. Как определяют водопотребность tvrem<oro и крупного запоmmтелей?
8. Укалсите классиф1-п<ацmо химических добавок. 9. Для чего вводятся
в бето�-rы и растворы активные м:инеральньrе добавки?
42
ГЛАВА 2. БЕТОННАЯ СМЕСЬ
Бетон:ной смесы-о называr-от рационалъно составленную и тща­
теm,но пpeмemaI-ПfYIO смесь компонентов бетоI-rа до в:ачала процес­
сов схватывания и тверде1rия.
Пр:и изготовлеI-IИИ )Келезобетонных изделий и бето1mровании
монолитных конструrщий самым важным свойством бетонной смеси
является удобоукладываемость (или удобоформуемость ), т. е. спо­
собн:ость заполнять форму при данном способе уплотнения сохраняя
свою однородность. Для оцет-rки удобоукладываемости использут-от
три показателя: 1) подвютсность бетонной смеси, являющейся харак­
теристикой струт<турной прочности смеси; 2) )Кесткость ()I(), ЯВЛЯIО­
щут-ося показателем дит-rамической вязкости бетонной смеси; 3) связ­
I-Iость, характеризуеМу:Ео водоотделением бетонной смеси после ее
отстаиван:ия.
Подвюкность бетонной c:rvrecи характеризут-от измеряемой осад­
кой (в см) конуса (OI(), отформова1mого из бето�п-rой смеси, подле­
)Кащей испытанию. (рис. 2.1). Конус № 1 применяют для бето1-mых
смесей с наибольшей крупностью зерен заполнителz до 40 мм вкmо­
читеm,но; ко�-тус № 2 (табл. 2.1) - для смесей с запоmmтелем наи­
большей крупн:остью 70 и 100 мм.
ПодвИ)КIIость бетонной смеси вычисmпот каr< среднее двух оп­
ределений, выполнеr-mьтх из ощ-rой пробы смеси.
Если осадка конуса равна нулю, то удобоутшадываемость бетонно:и смеси характеризуется )Кесткостью.
V
----------
а
б
------ ----- -----5... /0
-----------
в
------
д
г
з
Рис. 2.1. Определение подв:r,Dкности бетонной смеси с по1vrощыо конуса:
а - общий вид; б-:- )I<есткая смесь; в - малоподв1-Dr<иая; г - подвиясная;
д - очень подв:r,Dкная; е - литая
43
Таблица 2.1
Внутренние размеры, мм, конуса для определения подвижности
бетонной смеси
Размеры конуса
Конус№ 1
Конус№2
Диаметр оснований
100
150
верхнего
нюкнего
200
300
300
Высота
450
)I(ес11<ость бетоюiЬIХ смесей хараrсrеризуют времен:ем (в с) виб­
рироваrшя, необходимьrм для. вь:rрав1швания и упло11-1е1-шя предвари­
теш,н:о отформова:rп-rого ко1-rуса бeтorll-IOЙ смеси. Для oцeill<И их свойств
испош,з)'IОТ стандартю,ш вискози:м:етр, с помощъr-о которого определя1-от растекаемость бето:rmой смеси при вибр:r,:rроваrrnи. Прибор состоит
из цилиндрического сосуда выстой 200 :м:м с внутреrшим диаметром
240 :м:м, 1:1а котором зarcperиer-10 устройство для. измерею,rя осадкrr бето:нн:ои смеси в в:r,rде направляr-ощего штатива, штавги и металшrчесr<ого диска тоЛЩИI-rой 4 :м:м с шесты-о отверстиями (рис. 2.2).
5
,
б
/7
4.
3
'
9
2
8
10
1""'
'
0200
0240
Рис. 2. 2. Прибор для определе1-пrn жесткости бетонной смеси: 1 - форма;
2 - упоры для крепления конуса; 3 - корпус; 4 - вopor-n<a; 5 - штанга;
6 - направляющая втулка; 7 - втуm<а для крепления диска; 8 - диск с ше­
стью отверстиями; 9 - штатив; 1 О - зюr<ИМ штатива
Прибор устанавливают на виброплощадку и плотно пprncperurя1:oт к ней. Затем в сосуд помещают металлrrческую форму-кон:ус с
44
насадкой для 1-rаполнения бетон:ной смесью. Размеры формы-r<оr-:rуса
таr<ие же, как при определении подвюrсности бетою-rой смеси.
Форму-конус с помощыо специаль:ного кольца-дер)кателя за­
крепляrот в приборе и запошrяют тремя слоями бетонной смеси, уп­
лотняя ее шгьrкованием (25 раз кая<Дый слой). Затем снимают фор­
му-конус, поворачивают штатив, устанавливает на поверхrrости бе­
тонной смеси диск и включают виброплощадку. Вибрирование при
амплитуде 0,5 мм продоюкают до тех пор, пока не начнется вьщеле­
ние цементного теста из двух отверстий диска. Полученное время
вибрирования является показателем жесткости бетонной смеси.
Связность бетонной смеси обусловливает однородность строения и
свойств бетона. Очень вю:ю:{о сохра.ниrь однородность бето1mой смеси
при перевозке, утшадr<е в форму и упло11rен:ии. Пр_и уплотнении под­
вияс:ньrх бeтoI-IIlliIX смесей происходит сбmDкение составляющих ее зе­
рен, при этом часть воды оDкимается вверх. Вода обтекает зерна запол­
шrгеля и стеряаrn арматуры, образуя капи:.шrярные ходьr, повьmrmоrцие
водопрошщаемасть и поmDкаюrцие морозостойкость бетона. Избьпоч­
ная вода скапливается под зернами круп:ного запоmштеля, образуя по­
лосnr, ухудпrаюrцие строеIШе и свойства бетона.
Большое значеrrnе для предотвращения расслоения имеет пра­
вильное определение количества меm<ого запоmmтеля - песка, кото­
рый запоШIЯет крупньrе пустоты, имеrоrциеся ме)кду зернам:и щебня, а
таrоке повьШiает вязкость цемеrп:ного теста.
Уменьшеrше кошrчества воды затвореrrия при применении пла­
стифицирующих добавоrс и повьШiение водоудер)ю-mающей способ­
ности бетою-Iой смеси путем правильного подбора зернового состава
запошrителей являются главными мерами борьбы с расслоением
ПОДВЮI<I-IЫХ бетоI·IНЫХ смесей.
Таблица 2.2
Классифи:1сация бетонных смесей
)I(есткость, с Подвижность, см
Марка по удобоукладъrвае:rvrости
о
Более 100
С)I(З
о
51-100
СЖ2
о
50 и менее
СЖl
о
31-60
Ж4
о
21-30
жз
о
11-20
)!(2
о
5-10
)l(l
1-4
4 и менее
Пl
5-9
П2
10-15
пз
16-20
П4
21 и более
П5
45
В производстве бетоНI-IЬIХ и )Келезобето1-nп,1х изделий: и ко1-1стру:rщи:и в зависимости от вида изделия, характера его армирования и
пр111-rятой технологliпI Ji1зготовле1пrя пр:име1-rяют бетонные cмecJiI раз­
личней подвил<.1-1ости. Для удобства пользовав:ия близкие по свойст­
вам бетонньrе смеси объединены в группы, представленные марr<.ами
по удобоу:rwадываемости (табл. 2.2).
2.1. Фа1(торы, определяющие удобоу1(ладываемость
бетонных смесей
Подвюк1-1ость или )Кесткость бетонных смесей зависит от кош1чества воды и цемента, а таrоке от своиств исхощrьrх. материалов.
Количество водъr затворения является основ1-rь1м фаr,тором, оп­
ределяr-ощим удобоукладываемость бето1-rnой смеси. Вода затворе1-ш:я распределяется ме)к.цу цементI-IЬIМ тестом и запол�-штелем. При
определе�-mи состава бетона уч:итыва1от, что количество воды в кг I-Ia
1 м3 бетона, необходимое для получе1-ш:я из данных материалов бе­
то1-11-1ой смеси требуемой подвюкности, является более или менее постояr-тои величшrои, есJШ расход цемента находится в пределах от
200 до 400 кг/м3•
Эта закономер1-1ость, получившая название «правила постоянст­
ва водопотребности» и позволяющая в расчетах 11спользовать упро­
ще�-п-з:ую зависимость подвюкности бетонной смеси только от расхо­
да водъI, объясняется следующим образом. Увеличение содер)КаI-IИЯ
цемента в бетою-1ой смеси повьшrает толщину обмазrm зерен запол­
нителя цементным тестом. Однако при этом уме1-1ьшается В/Ц (при
постоянном расходе воды), т. е. влияние этих факторов, один из ко­
торых увеличивает, а второй - уменьшает консистенци10 бетонной
смеси, суммируется та1а1М образом, что изменеmrе расхода цеме1-1та
в ут<азанных. пределах не влияет на подвила-rость бетонной смеси.
Поэтому количество воды затворения определяют исходя из
требуемых показателей удобоут<.ладъmаемости, пользуясь таблицами
и графш<.ами, составленными на основании практических данв:ьrх с
учетом вида и I<руm-1ости запошrителя (рис. 2.3).
Объем цемент1-1ого теста существенно влияет на свойства бетон­
I-IОЙ смеси. В подвЮКI-IОЙ бетонной смеси плотной структуры це­
мент�:1ое тесто запошrяет пустоты ме)кду зернами запоm-r:ителя JiI об­
разует «смазоч1-1ые» слои на поверхr-1ости его зерен, снюка�-ощие
ввугреr-rнее трение. Из рис. 2.4 видно, что наименьш11Й расход теста
вюкущего на заполнение пустот соответствует мшrимальнои пустотности смеси мелкого и круm-1ого заполнителей, а на обмазку зерен
расходуется теста тем больше, чем выше доля песка в смеси заполV
V
46
нителей, т. е., чe:rvr больше
cy.rvrмapr-raя поверхность
Следовательно,
зерен.
имеется оm:имальное со­
отношеш,rе мея<ду песком
и: щебнем (гравием), при
котором требуе:мьrй объ­
ём теста в.юкущего полу­
мин:имальmТh1
чается
(рис. 2.4 кривая 3).
Объем цеменгного
раствора. На рис. 2.5 при­
ведеr-n,r ТИJ.IИLrньrе струк­
туры плотной бетонной
смеси. Если в бетою-rой
смеси заполюrгь цемент­
I·IЬТh1 раствором только
пустоты мея<ду зернами
круrшого запоm-rителя, то
получится очень )I<есткая
бетонная смесь (рис.
2.5,а). Для придания под­
необходимо
вюrаtости
раздвинуть зерна rсрупно­
го заполнителя и оrсру­
)КИТЬ их оболочкой из
растворной смеси, кото­
рая играет роль смазки,
сrсрепляющей после от­
вердевюn,rя зерна камневидноr1
составл.mощеи
бетона (рис. 2.5,6). Сле­
довательно, объем рас­
творной части бетона
следует приr-п,rмать paв­
I·IЬTh1 объему пустот в
крушrом
запошrителе,
умно)кеюtому на коэф­
фициент раздвюrа<И; он
рав�н 1,05-1,15 - для )Ке­
с11шх смесей и 1,2 - 1,5 для подви::яа-rьrх смесеи.
v
V
230
по
-
1-v
_,..
..........
-........ 4
210
J,.......
_(..,,...
З
2 00
...,,,V
1..,,i......190
2
,,,V
-__......
1..---'
180 .
/
_,..
L,.,'-....1
170
�
v
.1..---'
160
1-'
,,,
150
v
140 ,,,., ,,,,
130
0 z 2 З 4 5 6 7 891011121314
v
-
с.,,
-
1,,-'
к
Подви::Nсиос,пь ОК,с.,1
а
180
r-..,_
170
160
150
140
'r-.,_
.........
r--...
г---....
r--...
130
120
0
г--,___
9 13
4
-
1--....__
-�
18
22
27
/3
2
1
31
Жескос1пь }!(,с
б
Рис. 2.3. Водопотребность бетонной смеси,
приготовленной с применением портланд­
цемента, песка средней крупности и гравия
наибольшей крупности: а - подвижные смеси; б - )r<есткие смеси; 1 - 70 мм; 2 - 40 мм;
3 -20 мм; 4 - 10 Ivllif
1,5
::::
._
.... :J:;
Е:
С)
С) ,о
�
1
..
;::s-�
�
i:::
� �
;�
.... 0,5
(l)
,с
\С i:::
()
"'
)-,_
1
�
;:,
�
.s-::::
- --
,.. .1\
(п1олькооzцеоень
---3
-- _/--2
l
(!полько песок)
Доля л-1е.пкого заполнителя
в c.1.-1ecu заполнителей lvll(M+f()
Рис. 2.4. Oбъe.tvr цементного теста (Vцт),
расходуемый на: J - запоm-rех-пrе пустот ме­
}I(Ду зернами заполнителя; 2 - обмазку зерен;
З -интегральный, где М и К - соответствен­
но масса мелкого и rсрупного запошrителя
47
Рис. 2.5. Структура бетонной смеси:
а - )Кесткой; б - ПOДB}DIG·IOЙ
б
а
Вm1ЯЮт на подвюкность бетонной смеси: и свойства цемеI-rга.
Применение цемеrпа с более высокой нормальной густотой поI-rюкает
подвrDкность бето1-п-1ой смеси (при постотшом расходе воды). Бетонв:ьrе смеси, содерл<ащие пуццолан:овыи портландцемент с акгивнои:
креюrеземистой добавкой, особенн:о осадочн:ого ЩJ011схол<Дения (тре­
пе.ль�, дr1ато:м:иты), при одном и том Л<е расходе воды имеют Зfrачи­
тельно меньШую осадку конуса, чем смеси с обычным портла:ндце­
меI-rгом.
С повьm.rением содер)Каriия воды подвила-rость бето�-mой смеси
увеличивается, но если расход цемента остается постоянньrм, то проч­
ность бетона понюкается. Однаr<о кюr<Дая бетонная смесь обладает оп­
ределе�-mой водоудер)I<ИВа�ощей способносты-о; при большем содерл<а­
:нии воды часть ее отделяется
от бетошrой смеси, что недопусnrмо. Из,.
менение содержаrшя воды является главшrм регулятором, с помощью
которого добиваются нулаrой консистенции бетоrmой смеси.
Подвюr<Ность бетонной смеси существенно зависит от :круm-1ости
зерен заполнителя. С увеличением крупности зерен суммарная площадь
их. поверхности уменьшается, сн:юкается их влияние 1-ra цеменгное тес­
то, в результате подвилаrость бетонной смесr1 возрастает. ПьDТh, Г.JIИШ,I­
стые и другие загрязняющие примеси снижают подвила-rость бетоm-1ой
смеси, так как повьm.rаrот водопотребность запоm-rителей.
Эффектrтнъrм регулятором подВИ)Iа-rости бетонной смеси явля­
ются добавки пластификаторов :и суперпластификаторов. Введен1rе
добавок позволяет существе�-rно повысить подвила-1ость бетонной
смеси или уменьшить ее водопотребr-rость, тем самым позволяя при­
готовлять бетоIПiые смеси: равной подвrDю-rост:и при: меньшем расхо­
де воды и цемента.
В качестве пластификаторов используют: mдрофилизующие ЛСТ, mдрофобизующие - мылонафт, асидол и др., микропенообразуr-ощие - омыле1n-1ьш древесным пек и т. п. и I<омплекс�-rые.
Суперпластифю<аторы в большинстве случаев представляют со­
бой синтетические полимеры : производные мелами:новой смолы ишr
нафтатmсульфо1<Ислоты; друг:ие дoбaвrili (СПД, ОП-7 и т. д.) полуV
V
V
48
V
чены на основе вторИЧI:IЪIХ продуктов химического синтеза. Супер­
пластификаторы, вводи:мьхе в бетоr-mуЕо смесь в кошrчестве 0,151,2 % от массы цемента, раз)кюкают бетонr-rухо смесь в большей сте­
пех-�и, чем обыч1-�ые пластификатор,ы.
ПластифШ(ирующий эффект сохраr-rяется в течеrrие 1-1,5 ч после
введения добавки, а через 2-3 ч он у)Ке невелик. В щелочной среде
эти добавки переходят в другие вещества, безвредные для бетона, не
СI-IИ)Каrощие его прочности.
Суперпластификаторы позвошnот приме1-шть JШТЬевой способ из­
готовления я<елезобетохmых изделий и бетонирования конструхщий с
использоватшем бетононасосов и трубного тран:спорта бетош-rой смеси.
Эти добавки дmот возмола-rость существе1-rно снизить В/Ц, сохраняя
подвияшость смеси, и изготовлять въrсокопрочньrе бетоньх.
В Я<естких бетош-�ых смесях эффективх-�ость действия пластифика­
торов и суперпластифш<аторов уменьшается, таrс каr< количество воды
оказывается недостаточным для обеспечения их действия.
Кох-1трольные вопросы
1. У1<а)I<ите методы определения подвижности и )r<ест1<ости бетон­
IоIЫХ смесей.
2. I-Iазовите факторы, определяющие удобоукладываемость бетон­
ных смесей.
3. Назовите эффе1сrивные регуляторы подвижности бетонной смеси.
4. Какова эффе1<тивность действия пластифи1<аторов в )1<естI<ИХ бе­
тонных c:tvrecяx?
5.Сфор:tvrулируйте физичес1<ий смысл «правила постоянства водопо­
требности» бетонных смесей.
49
ГЛАВА 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БЕТОНА
Структура бето11а образуется в результате затвердевания (схва­
тьrnаr1ия) бетонной смеси и последующего твердения бетона. Опре­
деляющее влияние 1-1а её формировмrnе оказывают гидратац1,rя це­
мента, его с:хватьmание и твердение. Процесс твердения вял<ущих
состоит в их растворении, колло:идации и кристаллизации.
Сразу после затворения цемента водой нач:ина�отся ххшич:еские
реа1щии. Ул<е в начальн:ой стадии процесса гидратации цемен:та,
происходн:т б:ьхстрое взаимодейсnие алита с водой с образоJЗа:нием
г:ндросиликата кальция и гидроохmси:
2 (3CaO·SiO2) + 6Н2 О= ЗСаО · 2SiO2 · ЗI-!2O + ЗСа(ОН)2.
После затворе�шя гидрат окиси кальция образуется из а.лита, так
I<aI< белит гидратируется медленнее алита и при его взаимодействии
с водой вьщеляется меньше Са(ОН)2, что видно из уравr-rения химическои реющии
2 (2СаO · SiO2) + 4Н2О= ЗСаО · 2SiO2 · ЗН2О + Са(ОН)2.
Гидросиликат I<альция ЗСаО · 2SiO2 · ЗН2O образуется при полной
гидратации чистого трехх<альциевого силиката в равновесии с насы­
щенным раствором· пщроокиси кальция. Моляр11ое соотношение СаО/
SiO2 JЗ гидросилих<атах, образУfощихся в цемеirГНом тесте, мо)Кет изме1-IЯТЬся в зависи:м:ости от состава материала, условии твердения и других
обстоятелъств. Поэтому приме�-rяется тер:м:ин CSH для всех полу.rсри­
сталлических и аморф1-1ых гидратов калъциевых силикатов.
Ос11овной алюмосодер)кащей фазой в портла1-1дцементе является
трехкалъциевый алюминат 3CaO-Al2O3 • 01-1 представляет самух-о ак­
тивну10 фазу среди клинкер1-1ых минералов. Немедленно после со­
прикоснове�-IИЯ 3СаO-А12O3 с водой на поверы1ости непро­
реагировавших ·частиц образуется рыхлый слой метастабилъных (не­
устойчивых) гидратов 4СаO-А1 203 -19Н2O и 2С.аO-А12Oз-8Н20 в :ви­
де тонких ге1<сагональI-ТhIХ пластинок. Рыхлая структура г:идроал�оминатов ухудшает морозостош<ость, а таюке сто:m<ость проruв хим11ч:еской коррозии. Это одна из причm1 огра1-1ичения количества
треюсальциевого алюмината в специальных портлаrщцементах) при­
мевяемъIХ для морозостойю,rх бетонов.
Стабильная форма - шестИJЗодный г�,щроашоминат ЗСаО-Аl2Oз6Н2O, кристаллизующийся в куб�,rческой форме, образуется в резуль­
тате быстро проте1<аr-ощей химической реакции:
v
V
V
ЗСаО-Аl2O3 + 6Н2O= ЗСаО-Аl2Оз-6Н2О
50
Для замедления схватывания при помоле клиI-n<ера добавляют
1-rебольшое количество природного гипса (3-5 % от массы цемеrтта).
Сульфат кальция играет роль химичесrа1 активной составляrощей
цемента, реагиру:ющеи с трехкальциевым алюминатом и связывающей его в гидросульфоалюмиr-rат кальцrт (миr-rерал эттр:ингит) в
начале гидратации портландцемента:
ЗСаО-А12Оз+ З(СаSО4 ·2Н2О) + 26Н2О = 3CaO·Al 203 ·3CaS04 ·32H20
В насыще�-mом растворе Са(ОН)2 эттрингит сначала выделяется
в коллоидном тонкодисперсном состош1ии, оса)I<Даясь на поверХI:rос­
ти частиц 3Са0-А1203 , замедляет их гидратацшо и оттягивает начало
схватьnзан1,rя цемента. Кристаллизация Са(ОН)2 из пересыщен:ного
раствора по1-IЮкает ко�-щентрацию гидроокиси кальция в растворе, и
эттрm-rгит уже образуется в виде дшrнньIХ иглоподобньIХ кристаллов.
Кристаллы этгри�-rгита и обусловл:ивают ран1-rюю прочность затвер­
девшего цеме�-rга. Эттриr-rгит, содержащий 31-32 молекулы кристал­
лизационной воды, занимает примерr-rо вдвое больший объем по
срав�-rеншо с суммой объемов реагиру�оЩI1Х веществ (С3А и сульфат
кальция). Заполняя поры цементного камня, эттрm-rгит повышает его
механическую проч�-rость и стойкость. Стру�<тура затвердевшего це­
мента улучшается еще и потому, что предотвращается образоваr-rие в
нем слабьIХ мест в виде рЬIХЛЬIХ гидроаmоминатов кальция. Эттри�-1гит взаимодействует с 3Са0-А1203 , остаJ3шимся после израсходова1-п,rя добавки гипса, с образоваr-rием моносульфата кальция:
2(3Са0 -А1203) + 3Са0 · А1203 · 3CaS04 · 32Н20 + 22Н20 =
= 3(3Са0 · Аl 2Оз · CaS04 · 18Н20)
В результате введения в портлаr-rдцемент сульфата гидроалю­
МI-rнаты кальция заменяются гидросульфоалюминатом. Четырех­
кальциевый алюмоферрит при взаимодействии с водой расщепляет­
ся на гидроалюминат и гидроферрит:
4Са0 · А120з · Fе2Оз + т Н2О = ЗСаО · Al 203 · 6Н20 + СаО · F�03 ·nН20,
Гидроалюминат связывается добавкой природ1-1ого гипса, как
указаr-Iо выше, а гидроферрит входит в состав цементного геля.
Формирование структуры цемешного теста и прочности проис­
ходит следующим .образом. Первыми элементами стру�сrуры, образу:ющимися после смешивания цемента с водои, явля1отся эттрш-IГит,
гидрат окиси кальция и иглы геля CSH, расту�цие из частиц клинке­
ра. Присутствие эттрингита в виде коротких гексагональньIХ призм
обrrарул<ено рке через 2 мин после затворения цемеrтта водой, а
спустя несколько часов появляrотся зародыши кристаллов Са(ОН)2.
Частицы геля гидросиликата, имеrоrцие первоначально игольчатую
с}?орму, продошкая расти, ветвятся, становятся древовидными.
51
На рис. 3 .1 схемаТИЧI-IО показано развити:е структуры цементно­
го камня. Первичная структура представляет собой малопрочный,
прострах-1стве:н1-1ыи: каркас из дисперс1-1ых. частиц продуктов гидратацю1, связа�-п-rых вандерваальсовыми силами; переплетение гидратных
оболочек, образова�-шых x-ra частицах. адсорбировав:ной водой, толсе
удерясивает частицы друг около друга. Хотя прочн:ость первичной
структуры 1-1евелика, подвюкность твердых частиц все же с:нюкается,
и цемеI-;Iтное тесто загустевает. К коrщу периода схватывания фор­
мируется осх-1ов1-1ая структура цементного теста, которое превращается в цеме1-п1-1ыи камень.
Зб
/
1
3
10
.wин
:=-;-.-;-=.-:-I
----------
/
24
ч
Стадия ;,идроп1ации
11
=---.=J=•=
---.,____
/
/
/
28
7
сут
111
:::::::
.......
......
······
- IR � - - ____.... --------- --- :-:-:-:-:-:-:
.......
.. .. .... .. ..
.......
.
...
------ - -- .......
..
.. . .' ..
Рис. 3.1. Процесс гидратацmr
цe:rvrema и развитие структуры
цементного теста во времею1:
1 -Ca(O}I)2; 2 -эттрr,mгит; За
- гидросиликаn,r кальция,
длmmые волокна; 36 - то )I<e,
короткие волокна;
4- CaO.Al203.CaS04.12I-I20;
5 - Са0.А120з.13Н2О;
6 - кривая изменения объема
пор; 1 -неустойчивая струк­
тура; 11 - формирова1-п1е ос­
новной структуры; 111 - по­
лучение устойчивой струк-
туры
Структура цементного камня в з1-1ачителы-1ой степеr-rи определя­
ется механизмом его гидратащrи. В результате взаимодействия це­
мента с водой образуются «внутреш-1ие» продукты гидратации в
простра1-1стве, первоначально за1-rятом цеме1-1тными зер1-rами, и
«вr-rешние» продукты гидратации, заполняrощие простра:нство, перBOI-IaЧaдьI-IO занятое водои.
Количество в1-rутре1п1его гидросиликата кальция нам1-1ого боль­
ше, чем внепп-�его CSH. Внутрех-п-IИЙ гидросилшсат получается в ре­
зультате топоХI1МИЧеской гидратации алита и белита, т. е. путем не­
посредстве1-п-1ого присоеди1-1ени:я воды к твердой фазе. В1-rутреmIИЙ
гидросяликат :имеет тонкую и плот1-rу:ю структуру. В1-rешние продук­
ты гидратации образуются через растворе1ше вне зерех-1 цемента :и
состоят из небольшого коmrчества внешнего гидросилшсата, круп­
ных кристаллов Са(ОН) 2 и эттри:нгита.
52
Частицы геля пrдрос:илю<ата (кристаллиты) представляют собой
субмикрокристалл:ические тor-Ir<Иe пластю-rки («фольгу») из двух­
трех структурных слоев.
Цеме�-rтный камень вкmочает: 1) продукты гидратации цемента:
а) гель гидросиликата кальция и другие н:овообразова�-rия, обла­
даrощие свойства1У1И коллоИдов; б) относителы-rо крупные крйсталлы
Са(ОН) 2, эттриrmrта; 2) непрореагr,rровавшие зерн:а клинкера, содер­
жание которых умеr-rьшается по мере пrдратации цемеr-rта; 3) поры:
а) поры геля, относящиеся к микропорам (ме1-1ее 10-4 мкм); б) капил­
лярr-rые поры, являrощи:еся макропорами (до 1О мкм), располол<еr-п-Iые
между агрегатами частиц геля; в) воздушr-rые поры и пустоты (от 50
м:км до 2 мм), заполнеrmые воздухом, вовлече1-mьТh1 в цементное тесто вследствие вакуума, вызванного контраrщиеи; вовлечеrnrым в тесто при :изготовлении или укладке, а таrоке при добавлении сnециаль­
r-rых воздухововлекающих добавок.
Качество новообразова�-IИЙ в цементном кам:не определяется их со­
ставом и диспtрсностью. I{o.mrc-recтвo 1-1овообразований прямо пропорциоиально степени г�,rдратации цемента а,, числеиr-10 равн:ои отношеmпо
прореагировавшей с водой части цемента к общей массе цемента. Сте­
пень гидратации может определтъся ко.mrс-rествеrmым реr--trтеnовским
методом или по содержаншо связаю-rои воды со, не :испаряемои при высушивании:
v
V
V
А = со/ СОмах·
Уста�-rовлено, что для цеме1-mrого камня а.мах= 2В/Ц.
Общая пористость цеме1-rтr-1ого камr-IЯ (П0) слагается из nop геля
(Пг), капиллярных пор ( Пк) и воздушных пор (Пв):
По= Пг +Пк+ Пв,
которые рассчитываr-отся по формулам:
Пг = 0,29 а Ц) / (Ц/рц +В);
Пк = (В- 0,5 а Ц) / (Ц/рц +В);
По;;:: (В - 0,21 а Ц) / (Ц/рц +В)+ Пв.
Реаrщии пrдратации цементных минералов являются экзотермическими, и вза:имодеиствие цеме1-1та с водои сопроВО)!<дается выделе�-rием теплоты. Тепловыделение при твердении цементов имеет
большое практическое значеrmе. По иrпенс11вност.и тепловыделеr-IИЯ
время началы-1ого тверде1-IИЯ цементного теста МО)КНО разделить на
четыре периода. l{ первому периоду взаимодействr,rя цеме�-rта с водой
МО)КНО отнеспr первый проме)!(УГОК в 3 0-40 мю-r, когда наблюдается
силыrое вьrделе�-rие теплоты в тесте (особенr-10 в первые 5-8 wrн) с
последу1ощим его уме1-IЬшением до 1'rалых значении.
V
v
53
Второй период замедле1-п-1ой rnдpaтaцmr пр111-rято 1:rазьmать
«скрытым, или индуrщиош-rым, периодом» гидратации цемента при
малом теrmовыделении. Наличие m-rду1щио1-п-Iого периода с малым
тепловыделе1-rием объясняется образоваmrем 1:ra I<JIИI-rкep1-rьrx частич­
ках гелевых оболочек из гидратньrх соедине1-IИЙ, которые почти пре­
кращают доступ воды к I-Iепрореаг.ировавш:им вн:утреIII·IИМ зов:ам зе­
рен вюкущего. Но наличие 1-racыщerrnoгo раствора Са(ОН)2 и других
соедине1-rий в образовавшемся геле и у 1-1епрореагировавшей поверх1-rости цеме1m-1ых частичек создает условия для диффузио1-шого притока воды из мел<Зернового прострю-rства с пo1-IIOкe1-II-IOИ конце1-rтрацией раствора. Вследствие этого в гелевьrх оболочках постепенно
I-Iарастает осмотическое давле1-Iие, приводящее при определенньrх
з1-rаче1-rиях к 1-rx разрьmу. При этом возm-rкает возмо:>к1-1ость прямого
доступа воды к об1-Iа:яrnвшимся све:>I<ИМ поверхностям и ее реющии с
цемеI-rтом. Это свидетельствует о наступлеI-IИИ третьего периода.
Третий пер:иод характеризует ко1-Iец периода форм111)ования
структуры. Это необратимый переход от пластично-вязкой структу­
ры бетоiшой смеси к затвердевшему бетоr-rу.
Продоmкигелы-Iость периода форМI,rрова�-rия структуры зависит от
вида вюкущего, содер:>кания пmса и химических добавок. )l{естк:ие и
малоподвюк:ные бетонньiе смеси, изготовляе:мьrе с I-Iебольшим ВЩ, по­
сле уrmоТI-rения име1от короткий период q)ормирования структуры.
Приме1-Iение быстротвердеющих цементов :и добавок - ускорителей
схватьmания таюке ускоряет формирование структуры. Это :имеет ваяс11ое значе1-rие для технолоmи, в часТI-Iости при формовашш изделий с
немедленньrм снятием бортовой опалубки, при бетонировании конст­
ру�щий в скользящей опалубке, для быстрой стабишrзащ,rи ячеистой
структуры газо- и пенобетоI-Iа.
В случае надоб1-1ости период формирования структуры мо:>кно про­
длить путем введе1-rия в бетон:ную смесь ЩJИ ее изготовле1-rии замедли­
телей схватьmания. Они помогаI-от сохранить удобоукладываемость
бетою-rьrх смесей в случае перевозки в:а дальшrе расстояниями и в жар­
куrо погоду.
Наряду с хим:ическими добавками широко используют темпера­
турr-rый фактор.
Третий период характеризуется н:ачалом кристаллизации гидро­
ксида кальция и: з раствора. Этот процесс про:ис;ходит очень интенсив1-1O
с увеличением теrmовыделения, достигающи:м максимума через 6-1 О ч.
Четвертый период наступает после максI-rмальI-rого значеm,ш теrmовыдения и его снюкения до температуры окру:>кmощеи средь1.
Образовавшаяся к ко1-щу периода формирования структура в даль­
r-rейшем уплотняется за счет образоваr-IИЯ новьrх mдратньхх фаз.
V
v
54
Объем пор и их размеры уме1-rьша1-отся, возрастает количество кон­
тактов мелщу вовообразования:м1:r, утолщюотся и уплоn-IЯЮтся гелевые
оболочки на зернах цемента, срастающиgся в сплопшой цемев.тньIЙ
:каме1{Ь с вкmочением 1-1епрореаг.и:ровавптх. центров зерен цемеmа.
На графике (рис. 3.2) показана
Р, г/с;113
зависимость среднеи плотн:ости це2,0
1
ме1-1n1ого теста от В/Ц. С увеличени­
/1
ем количества воды затворе1-mя це­
1
1,8
ментное тесто становится подвилс­
I
/
нее. O,щхако до величины так назы­
1
1,6
\ I
ваемого В/Цmн цеме1m1ое тесто име­
1
1,4
'
ет )Кесткую консистеIЩИiо. Е[ачиная
с В/ДМИН тесто приобретает вязкопластичньхе своиства и может улсе
В/Ц
самостоятельно формоваться. В/Цмин
Рис. 3.2. Зависимость средней
соответствует составу, когда воды
достаточно для смачива1-mя частиц и плотности цементного теста от
В/Ц
заполнения пустот мелсду зернами
цемента. В/Цюm определяется через нормальнуr-о густоту: В/Цмин =
0,876 Кш, где Кш: - коэфф:r,щиент, равный В/Ц цементного теста 1:ropмалыrои густоты.
С увеличением воды затворения устанавшrвают и максимальное
В/Ц (В/Цмакс), характеризу7Iощее водоудерлсиваIОЩу:ЕО способ11ость
цемента, которая определяется вырюкением В/Цмакс = 1,65 Кш: Введе1n-1ьIЙ в цементное тесто запоm1:r,1тель существенно влияет
на свойства бето1-п-1ых смесей и на их период формирования структу­
ры при постоянном расходе воды. Влияние запошштеля тем выше,
чем более развита его удельная поверхность. Р аспределе1ше воды в
бето1-rной смеси происходит следу10IЦJ,rм образом. Заполнитель (пе­
сок, щебень) дешrт цеме1m1ое тесто на ячейки, размер которых зави­
сит от состава, т. е. расхода компонентов.
I-Ia рис. 3.3 показана элеме1-парная ячейка бетона, состоящая из
зерен заполнителя, к9нтахст1:rой зоны, образованной водой смачива­
ния и налишшrм раствороIУ1, ослабленной с'Iруктурой под заполнителем вследствие седиме1. пации, вызвав:нои водоотделением цементI-Ioгo теста, воздушв:ых пузырьков, воз11икших из-за недоуплотне1-:IИЯ.
Количество воды смачивания составляет, как правило, 1-2 % от
массы заполнителя. Мелщу зернами заполr-mтеля находится цемент­
ное тесто с В/Ц затворения, которое, как прав:r,mо, всегда выше водо­
удерживающей способности цемента. В состоянии покоя (например,
после перемеШJrвания) происходит внутреннее водоотделение (се­
диментация): сначала оседают в ячейках крупные зерна цемента, заv
55
тем более мелкие, и отслоившаяся вода
(рав1-1ая водопотребности запоJШителя)
скапливается под зер1-rами запоm-rителя.
Так как введеm-П>rй запоJШИТель от­
влекает часть воды затворения и ма'IрШ(а
бетона фор:мируется при другом В/Ц, то
вводятся понятия о в1-1овь сфор:мировав­
шихся элеме1-rтах структуры бетоm-rой
смеси: и:стшmом водоцеме�-rтном 011-1оше­
IШИ ( W) и объемной коrще1-rтрацmr це­
меRП-rого теста (С). Под истинньrм W по­
ш,rмаrот такое водоцемеmное 011-rошение,
при котором бетоrшая смесь будет иметь
ту же подвюк1-rость (или тот лее период
форюrровm:-rия структуры), чго :и цеме1-п­
r-rое тесто. W опредеmпот, з:ная водопо­
треб1-rость песка и щебня:
W = ( В - В п П- Вщ Щ ) / Ц.
l
2
3
Рис. 3.3. Элементарная
яче}'п<а структуры бетона:
1 - зерна запошпrтеля; 2 контактная зона; 3 - зона
ослабленной структуры;
4 - воздушньrе пузь:rрьки;
5 - зона уплотненной
структуры; 6 - :r<pyп:r-п,re
водяr-rые поры
Объемная концеr-rтрация цементного
теста в бетонной �мес:и С выраясается в долях от единщы объема
смеси:
С= (1/рц + W) Ц/1ООО,
где Ц - расход цемента, кг/м3 ; Рц - плотность цемента, г/см3 .
Объемная коr-rцентращrя цеменТI-rого теста МО)!сет изме1-rяться в
бетонr-:rой смеси от О до 1, а истиr-rное W- от 0,876 K;rr до 1,65 Кш.
Использоваr-rие структурных характеристик С и W позволяет по­
луч:ить уточr-rеr-п-rые зависимости «удобоукладьrваемость - состав бе­
тоr-rной смеси - свойства материалов» при зr-:rачителы-rых колебаниях
состава смесей и свойств исходных материалов. На рис. 3.4 приведе­
ны результаты определения )Кесткости бетоr-:rной смеси на гра�-rитном
щебне и керамзите, показываr-ощие, чго имеются четrа,rе зависимости
лсесnсости смеси от С и W, в то время как зависимость жесткости от
расхода воды :и цеме1-па имеет значительr-:rо больпmй разброс резуль­
татов и, следователы-rо, ме1-rьшую точность.
В бетоr-1е различаr-от мm:сро- и миrсростру�стуру. Макростру�сrура
определяет стру�стуру бетоr-rа как искусственr-rого ко1-П'ломерата, coстоящего из круп�-rого и меmсого запоm-nrтелеи, цeмer-:rn-roro камня.
Под миrqJocтpyicrypoй понимm:-от cтpoerme цемеr-m-1ого камня,
запоm-rителеи, контакn-rо:и зоны ме)Кду цемеrm-rьrм камнем и заполrmтелем и порового пространства.
v
V
V
56
)К.с
)!(,с
401--'.-+--+--+---1
30t---т--f'.---+--,-+----f
о
О
0,2
О, 3 J,V
а
б
Рис. 3.4. Зависи:rvrость удобоукладывае:rvrости ()I<есткости) бетонной crvrecи
на гранитном щебне (а) и керамзите (б) от объемной концентрации цемент­
ного теста (С) и ист1-пrного В/Ц (W): 1- И1 = 0,2; 2- W= 0,25; 3- W= 0,3;
4-W=035
'
Цементю,IЙ камень содер)!<ИТ участr<И с различной структурой,
сло)кен различными минералами.
I(онтакт ме)кду зернами залоmштеля и цементньrм камнем влия­
ет на совместную работу камневидной составляrощей и минераль­
ного клея под нагрузкой, а также на монолитность и стойкость бе­
тона. Ширина контактной зо:ны цементного кам:ня колеблется от 30
до 60 мкм. По своему составу и свойствам контаrсrная зона отлича­
ется от остального цементного камня. Сращивание зерна залоmштеля с цементньrм камнем связано с миграциеи гидрата окиси кальция, nолучаrощегося при гидролизе трех.кальциевого силиката, к по­
верхности зерна. В результате r-ra поверхности заполнителя образу­
ются кристаллы Са(ОН) 2 и СаСО3 . Возмо)ю-Iо химическое взаимодеиствие некоторых видов заполнителя с npoдyrcrш.rn гидратации
цемента дюке при нормальньrх условиях твердения, усиливающееся
при тепловой обработке. Например, установлено, что на поверхно­
сти зерен карбонатного щебня (из известняка) образуются соеди1:rе­
ния типа карбоаmоминатов, которые ynpoЧI-IЯioт сцепление. Неко­
торые природные и искусственные пористые залолнители (пемза,
керамзит) содер)I<ат свободную аморфную двуоr<Ись кре:rv1ния, реаги­
рующую с Са(ОН)2 с образованием гидросиликатов. В условиях ав­
токлавной обрабоП<И дюке зерна кварцевого песка вступают во
взаимодействие с Са(ОН)2.
Прочность сцеnлеrшя ме)!<Ду залоmштелем и цемен:гньrм: камнем
зависит от nр:ироды залоmпrrеля, его пористости, шероховатосm и -чис­
тоn,r поверхности зерен, а таrоке от вида и аrсrивности цемента, водо­
цеме1-пного отношения и условий тверде1-rnя бетона. У бетонов на
nлотньrх запошштелях она меньше прочности цемеr-mrого камня на
растmкение.
57
Поры бетоr-rа по местоположени10 делят 1-ra следу1-ощие виды:
1) поры в цeмer-rrr-roм камне (Пц.к), подразделяемые r-ra поры геля
(Пг), капиллярr-rьrе (П1� :и образован1-1ые вовлеченным воздухо:rvr СПв);
2) поры в заПОJJНI,Iтеле (Ц).
Общая пористость бетона (П6) моя<ет быть представле1-1а в виде
суммы составв:ых ее частеи:
пб = Пц.к + Пв + Пз.
Различах-от следу1-ощие основные типы структур бетонов: плот­
нуIО, с пористыми запоm-пrтелями, ячеистуr-о и зернистую.
Плотв:ая структура, в свою очередь, МО)Кет иметь контактное рас­
поло)кеr-ше запоmrnтеля, когда его зер1-1а соприкасаются друг с другом
через тоr-псу�о прослои::ку цеменmого кa:rvn-rя, и «плавюощее» располоясение запоmпrтеля, когда его зерна находятся на зв:ачителы-rом удале­
нии друг от друга.
Ячеистая структура отличается тем, что в сплош1-rой среде твер­
дого материала распололсены поры разлrm-п,rх размеров в виде от­
дельньrх условно замrа-rутьrх ячеек.
Зерrmстая структура представляет собой совокуmrость склеен:­
r-rьrх ме)lсду собой зерен: твердого материала. Пористость зернистой
структуры 1-rепрерывна :и ах-1алогИЧI-1а структуре сьmучего материала.
Наибольшей Пl?очностью облада1от материальr с плот1-1ой струк­
турой, наименьшей - с зернистой. Плот1-1ые матер:иалы мев:ее проmr­
цаемы, чем ячеистые, а те, в свою очередь, менее проr-1ицаемые, чем
материалы зерr-rистой структуры. Последние облада1от 1-rаибольшим
водопоглощением.
Все свойства бетоr-1а зависят от его маrсро- и микроструктуры.
В качестве общей количестве1-rной характеристики строения бетоr-rа
выступает критер11й: L, который представляет собой отr-1ошение объ­
емной кощеI-IТ]_)ации цеме1-1тного камня в бетоне к суммар�-rой порис­
тости бетона (П6), которая складывается из пористостr1 цементr-rого
камня (Пк), пористости заполнителя (Пз) и пористости, образованr-1ой
вовлечеrшым воздухом СПв):
L = стб = ( Ц/рц + 1,vЦ) / ( Пк + Пз + Пв)Особенностыо даrшого критерия является то, что объемная·кон­
це1-1трация цементного 1самr-rя определяется на ocr-roвe истинного В/Ц
(W). Тем самым учитывается влиш-rие на структуру и свойства бето­
на запошrителя (через его водопотребв:ость) и процесса формирова­
r-шя структуры (тверден1rя цемеr-rта). Твердешrе цеме1-па после его
схватывm-шя происходит в рамках первоначально сло)lси:вшеися структуры, от которой будут зависеть все свойства бетона. Использование
обобщешrого критерия позволяет получить ед:r,п-rую зав11симость прочV
58
нocn,r � = j(L), которая МО)Кет бьпъ использована при проектировании
составов разлиЧIIЬIХ бетонов п:о ещ,п.1ой методm<е (рис. 3.5).
Потребность оце1-п<И вЛИЯI-п,ш за­
поmrителя на фор:м:ирова:ние структу­
60
ры и свойств бетонов раз.тrrшого ви­
да привела к необходимости форма­
ш.rзации структуры путем установле40
1-шя трех аргумен-пIЪ
- rх характеристик:
объемной ко1щентрации цеме1-пного
20
камня в бетоне С, водоцемеI-m-Iого
отношения W в конце периода с]?ор­
:м:ирован:ия структуры :и степен:и гид2
о
4
L
ратации цемента а, по которои оце1-п,1вают nrдратацmо вmкущего и из­
Рис. 3.5. Зависимость
ме1-1ение пористости цемен-п-�ого кам­ прочности бетона на тяжелых и
ня в процессе тверде1-шя.
леп<ИХ запол1-штелях от
Для бетона из да1-п1- ых материа­
критерияL
лов величина С вь:rрюкает объемное
соотношение мел<ду цементным кам1-1ем и запоmrnтелем и принята в
качестве характерисТИI<И маrсроструктуры.
Величины W и а совмест1:10 определяют объем и вид пор в бето­
не данного возраста, т. е. хараrсrеризуют wп<pocтpyrcrypy бетона;
однако по1-IЯТие миr<роструктуры шире, оно вкл1-очает строе1-1ие це­
ментного камня, запошrителя, конта1сrного слоя мел<ду ними. Поэто­
му в полной мере coxparrueтcя необходимость правильн:ого выбора
исходных материалов для бетона и вьmоm1е1mя всех техно­
логических требований.
Величины С и W характеризуют 1-ie только струr<туру, но и со­
став бетона, поскольку объемную ко1:1центрацию заполнителя S и
расход цеме1-па Ц можно найти при nомощи следуr-ощих формул:
где
Vц - удельнъIЙ
S = 1 - С;
oбъetvl цемента.
Ц = С/(Vц + W),
Все это составило основу струr<тур1:1ой теории, явля1-ощейся
общей для тюкелых и легких бетонов, как и метод определения С
и: W - единый для бетонов на плотных и пористых заполнителях_
Особенность структурной теории бетона, име1ощей практическое
значение, в том, что свойства бетонной смеси и затвердевшего
бетона рассматрива1-отся в зависимости от одних и тех )I<e аргу­
ментных величин С, Wи а,:
59
11),
Реологические и техни:ческие свойства бетонной смеси
С
Пористость и свойства затвердевшего бетон: прочност­
ные, деформативные, морозостойкость, rч_Jоmщаемость,
трещиностойкость
С/.
СледоватеJТh1-10, для управлеI:IИЯ свойствами бето1-mой смеси и
бето1-1а" а та1оке для оптимизации состава бето1-rа МО)КНО ПJ.JИМеI-IЯТЬ
едш-1ые аргуме1-Iтные характеристmа1 С, W 11 а, что позволяет ши:роко
использовать для этих целеи компыотер1-IЬ1е программы.
Зависимость «свойство-структура» мо)кет быть представлена в
виде критериа1Тhной фун1щии либо в форме мн:огофа.Iсторной математическои 1v1одеш1.
Критериями прочности и стойкости бетоI-Iа удобн:о ПОJТh­
зоваться, когда на осI-1ове предшествУJощего опыта достаточ=но стро­
го определе1-1 выбор материалов (вяжущего, запош1ителей) и свойст­
ва всецело зависят от структуры. В этом случае критерии стойкости,
1-1апример, позволя:�:от прог1-1озировать морозостойкость бетоI-Iа.
Многофа.Iсrор1-1ые уравнеmш, получаемые матемаnпсо-статисти­
ческим путем, могут включать 1-1аряду со структурными характеристи­
ками таюке и хара�сrеристики свойств исходных компонентов (вmкуще­
го, заполнителей, .1-1апоm-пrгелей); 01-rn: испоJТhзуютqя для определе1-rn:я
состава специалы-IЬIХ бетоI-1ов, свойства которь�х зависят от структуры в
не ме1-IЬшеи степени, чем от качества вяжущего и запоmштелеи.
V
V
3.1. Плотность и средняя плот11ость бетона
Плотность бетоI-Iа определтот ста1-1дарn1ым методом путем из­
мельчения предварителы-rо высуше1-11-1ой пробы бетона в порошок,
проходящий через сетку с отверстиями 0,25 мм. Абсолюn1ый объем
навески порошка измерmот с помощыо п1-па-1ометра по объему вытесне1-1нои лсидкости.
Плот:ности состав:ньIХ частей бето1-1а близrси (г/см3): гидратиро­
ВаI-II-IОго цемента - 2,6, кварцевого песка - 2,65, Гl)аюrгного щебr-IЯ­
около 2,7, керамзитового гравия - 2,6, поэтому плоrnость бето1-rа в
среднем составляет 2,6-2,7 г/с1v? (иcклr-oчerfiie составляет особо тmке­
лый бето1-1).
Глав1-1ым регулятором срещ1ей плот1-1ости бето1-1а является за­
полнитель; воздух, 1-1аходящийся в макропорах ячеистого бетона,
МО)КНО рассматривать как своеобраз1-1ый «сверхлепсий» заполnитель.
Приме:няя разлИЧI-rые виды запоmпrтеля, мола-10 получать средиrою
плотr-1ость бетона в соответствии с требованиями в пределах от 250
до 5000 кг/м3 и более.
60
3.2. Про-.:111ость бетона
Зако1-1 прочности: бетона устанавmтает: зависимость прочх-1ости от
качества приме:няемых материалов и пористости бетона. Прочность
вmкущего характеризуется его маркой (RJ, качество запошmтеля ко­
эффIЩИеI-ПОМ А, а пористость косвеm-10 определяется вет,rчиной водо­
цеме1m-1ого ОТI-IошеIШЯ B/I(. Зави:симость прочх-1ости от B/I( является в
сущ:ности, зависимостью прочности от объема пор, образоваю-ТhIХ водои, 1-1е вступюощеи: в химическое взаимодеиствие с цементом.
Кривая зави:симости прочности бетона от количества воды за­
творения (при постоянном расходе цеме1-па и способе уплотв:е1шя,
:ааnример, при од:ин:аковом време1-rn уплотнения), приведе1-I1-1ая на
рис. 3. 6, характеризует физw-rеский смысл зако11а проч1-1ости. Левая
ветвь кривой при1-1адле)КИТ недоуплоТI-1е1-:п-1ым бето1-п1ым смесям,.
слишком )l<естким для данного способа уплотт-1е1-mя. При возраста­
нии количества воды затворения, т. е. В/Ц, эти смеси укладывюотся
плоrnее, и прочх-1ость бетона повышается. Нако1-1ец, при оmималь­
ном (для дaimoro способа уплоn1ения) количестве воды бетон имеет,
наибольшую плотность и прочх-1ость, что соответствует максимуму
н:а кривой прочности. Дальнейшее увеШfLrе:ние количества воды раз­
яшжает бето1-rную смесь, повышает ее подвюкность. Од1-1а1<0 добав­
ляемая вода лишь частично связывается вm1<ущим и поэтому образу­
ет в бето1-1е водяные полости: объем пор в бето1-1е возрастает, а проч1-1ость бетон:а поюи<ается соответствеш-10 правой ветви кривой. Та­
ким образом, .для каждой смеси имеется оmималь1-1ое зн:ачение ко­
личества воды, которое позволяет получить при дахrв:ом способе уп­
лотнения бетон cmm-ioгo строех-rnя с минимальной пористостыо, а
следователь:но, с 1-1аибольшей проч1-1ость10.
40
��
;:,; �
� ..:
а
- :::i
~
~~
С)
(:;
;)о
::::
а
30
/
/
,
20
��
�
/
10
о
в
б
,1
,.,��u
� ;::::
V
V
V
1/
I
'
'\"
""'
�
г
""
�
I/
t---....
1,//
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Количество воды заmвСJрвиия, кг/.,13
61
Рис. 3.6. Общая кривая
зависИ1v1ости rrрочности
от количества воды за­
твореm-rя при одинаковом способе уплотнения:
а - область недоуплот­
ненных бетонных сме­
сей; 6- область наи­
большей плотности и
прочности бетона; в область подв:r,vкных бе­
тонных смесей; г - область литьrх смесеи
V
вид:
Правая ветвь кри:вой (рис. 3.6) представляет пmерболу, име�ощу�о
Rб = RJ 7( (В/Ц)11 ,
где R6 - проЧI-1ость бетона при с)катии, Rц - активность цемента, 7( и п - па­
раметры, зависящие от вида и качества заполнителей; для тткелого бетона
п = 1,5 при щебне к = 3,5, гравии к = 4.
Гипербоm-rческую формулу проЧI-rости бетона МО)КН:о преобразо­
вать в более проСТ)11{) формулу, если выразить Rб в зависимости от
цеме1-rтноводв:ого отноше1-mя. Зависимость прочr-rости бето:на от ве­
личины Ц/В в общем виде выражается довольно сло)КI-I.ОЙ кривой R6 .
Для практических целей эту кривуr{) замеI-rяI{)Т двумя прямыми и со­
ответстве1-rно получают две формулы: для бетоr-1а с Ц/В = 1,4-2,5 и
BЫCOKOIIpOЧI-IЫX бетонов с Ц/В > 2,5 (рис. 3.7).
� 100
--
!::::!С)
�
\С)
�
2
3
80
60
4
40
5
20
о
1
2
2,5
Рис. 3.7. Завис:имость
прочности тткелого бетана от Ц/В при разных марках це:rvrента
3 Ц/В
Формулой прочr-rости бетона MO)Ia-Io пользоваться только приме1-rителы-rо к плотr-rо уло)ке1-rньrм бето1-rам, которые и:зготовляют из
портлаr-щцемеrпа, воды и запоm-rителей, удовлетворяющих требова­
r-mям ста1-rдартов.
Для обыч1-rых бетонов с Ц/В = 1,4-2,5 с]?ормула ·прочr-rости при­
rшмает вид:
При высококачествеrnrых запошrителях (щебе1-rь из плот1-rых извep)I<er-II-Iыx горr-1ых пород, круш-rьrи песок с минималы-1ым содер)Каr-rием врещrых примесей) А = 0,65; для рядовых заполнrттелей
А = 0,6; при приме1-rеr-IИИ запоm-IИТелей по:нюкеr-п-1ого качесгваА = 0,55.
Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В > 2,5, приме­
r-IЯется с]_)ормула
62
В этой формуле для высококачестве1-п-1ых запоmп,rтелей А 1 = 0,43,
для рядовых.А 1 = 0,4.
Мо)ю-Iо получить график проЧI-Iости бетона приме1-mтель:но к то­
му цеме:нту и тем запол1-rnтелям, которые мдут па приготовле1-mе бе­
тона. Для этого Н)')I<I-Io провести 1-rесло)КI-rый опьrт. Поскольку за­
висимость марки бетона от Ц/В (в пределах Ц/В = 1,4-2,5) изобра­
)Кеr-rа отрезком прямой, то для получения графика требуется иметь
две тоЧI<И, а для этого нy)KI-IO приготовить и исIIытать два состава
бето1rа (например, с Ц/В = 1,4 и Ц/В = 2,5). Получе1-п-Iый график дает
возмо)lа-rость определить веm.:rчину Ц/В, необходимуr-о для тобой
заданв:ой марки бето1-rа, при этом определение Ц/В проr.:rзводится бо­
лее точх-10, чем по формуле, в особе1п-Iости когда приме1-rя1-отся мето­
ды ускореI-IИЯ тверде1-rия бетона (пропариван11е и др.).
Формулы и графиr<И используют в расчете состава бето1-Iа, кото­
рый проверю-от и уточ:в:яr-от с помощы-о проб:ного замеса.
Основной зако1r прочх-rости является общим для материалов с
ко1-rгломератнои стру:ктурои, 01-1 распространяется I-Ia тюкелые и легкие бетоны, меmсозер1-rnстые бетоны и строительные раствqры.
Только параметры А и С, входшцие в формулу проч:ности, будут
иметь различные числеmrые з1-1аче1-rия, зависящие от вида материала
и запоm-rителя.
Oщrmco качество применяемых разнообраз1-rых природных :и искусстве1-mых запоmrителеи, в том числе из отходов промьШiле1шости,
трудно оце1шть одним обобщенным коэффIЩИеrттом (0,55-0,6-0,65) в
шmейв:ой формуле прочности. Это обусловливает большие опсло1Iе­
ния фmстической прочности от расчетной, к тому лее для бeтoI-II-IЬIX
смесей с больптм расходом вюкущего н:е соблюдается правило «по­
стоя:нство расхода воды», установлею-rое для бето1rньrх смесей с оди­
нmсовой удобоуrсладьrваемостыо. Эту завис1nv.rость МО)Iсно существеr-r1-rо уточнить, если учесть oбъewryr-o конце1-rтрац:ию цементного камня
в бето1-rе (С). В действигелы-Iости, кmс видно из графиrса (р:ис. 3.8),
имеет место 1-1е одна кривая, вьrра)lсru:-ощая зависимость проч:r-Iости бе­
тоr-Iа от В/Ц, а некотррая область, объеди:юпощая опьrтные даrшые с
учетом колебашrя бетов:а вследствие указаrmьrх прич:и1-1.
В рабочих чер�е)ках ко1-1струкций иm.:r в стандартах 1-ra изделия
обьIЧI-rо указывают требования к прочх-rости бето1-rа, его rсласс или
марку. При прое1стировании ко1-rструкций проЧI-Iость бето1-1а I-Ia слса­
тие харmстеризуется классами. Класс бето1-rа определяется вели·чиной
гара1ттирова1п-rой проЧI-Iости I-Ia сжатие с,9беспеч:е1-11-rосты-о 0,95. Бе­
то1-rы подразделяют на rслассы: Bl; Bl,5; В2; В2.5; В3,5; В5; В7,5;
BlO; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В50; В55; ВбО.
V
V
•
V
63
�
1::1
�
�
....
;::i�
;:t
60
;::i�
;::i
§
�
� 40
� 4
0
�
.....
t:$
�
t:$
,,..
....
С)
J:::
::i::
.о
....
20
\.С)
.о
t
С)
20
�
�
С)
:х:
:r
60
С)
:х:
::t
о
С)
0,3 0,5 0,7 0,9 /, 1 8/Ц
�
а
о
0,3 0,5 О, 7 0,9 1,1
о,.,
1,3 В/Ц
Рис. 3.8. Обобщенный график изменения прочности бето1-1ов: а - тюкелый
бетон; б - легI<ИЙ керамзигобетон; С - объемная концен:rрацr,rя це:rvrентного
камr-rя в бетоне
На производстве контролируют средт-по10 прочность. Мелщу
классом бето1-1а и его сред�-1ей проЧI:Iостыо имеется зависимость
В = Rcp ( 1 - tv),
где В - класс бетона по прочности, МПа; Rcp - средняя прочность, которуr-о
следует обеспечигь при· производстве конструкций, МПа, t - коэффициент,
характеризующий прrшятую при проектировании обеспечеЮiость rшасса бето­
на; v - коэффициент вариации прочности бетона. Для перехода от rшасса бето­
на В к средней прочности бетона (МПа), контроm-rруемой на производстве для
образцов 15х15х15 см (при нормативном коэффициенте вариации 13,5 % и
t =0,95) следует приме1-rять формулу Rcp = В/0,778. Напри:м:ер, для rшасса В5
получим средmою прочность Rcp= 6,43 МПа, а для rшасса В40 -Rcp = 51,4 J:vfIJa.
Преде11 nроЧfrости .бето:на (J\1Ila) определяется 11ри c.11<aтmr ста:н­
дартных образцов размером 15х 15х 15 ем, изготовленнъ�х из рабочей
бетоimой смеси в металлических формах и испьпаmП:>IХ в возрасте 28
сут после твердения в нормальнь�х условиях ( при температуре 20±2 °С
и оп-1оситель:ной влюкности окружа1ощего воздуха 90 ... 100 %).
Кубы размером 15х 15х15 см применя1от в том случае, когда
r-1аибольшая крупность зере1-1 запоm-1ителя 40 мм. При другой круп­
ности запош1ителя молmо использовать кубы иr-�ых размеров, од:нако
размер ребра контролы-1ого бетонного образца долже:н быть пример1-10 в три р,аза больше максимальной r<рупности зepei-r заполнителя.
Для определе1-1ия прочr-rости бето�-rа 1-1а кубах с други:ми размера:ми
вводят следу1ощие переходные коэффицие1rгы, на I<оторые ум1-IО)Ка­
ют получеНI-IУI-О в опытах прочr-rость бетона:
64
Размер куба, см ......... 7х7х7; I0xl0xl0; 15х15х15.
1.
Коэффициент .............0,85; 0,85;
Среднюю прочr-rость легкого бетона определяют тахоке при С)!<атии кубов 15Х15Х15 см. При испытании 1субов других размеров пе­
рехощ-1ый коэффици:ент не ввод1ттся. Для легrсих бетоr-rов установле­
:ны классы: В2,5; ВЗ,5; В5; В7,5; Bl0; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО;
ВЗ5; В40.
Образцы изготовляr-от сериями; сер:ия, как правило, состоит из
трех образцов. Для изготовления контрольных образцов отбира:rот
пробу бето1-1ной смеси из сред1-1ей части: замеса или порции смеси.
Бетоm.:rу:Ео смесь уплотr-r яют в формах r-ra лаборатор1-1ой вибропло­
щадке т:r,ma 435А (вертикальные колебаr-rия частотой 2900±100
кол/миr-1 и амплитуда 0,5±0,05 м11). Изготовленные образцы храr-rят
не ме1-1ее 24 ч в формах, покрытых влажной ткаr-1ыо, на воздухе с
температурой 20±2 °С, затем распалубле1-п-1ые образцы помеща:rот в
камеру <а-rормалыrого твердения», в которои поддерлсивается относителыrая влю1а.:rость воздуха не 1-ооке 95 % и температура 20±2° С.
Про-.:.IНость бетона вьr-.:.rисшп-от для ка)кдого образца по формулам:
1-1а с)катие
R = lem Pkro !F;
1-1а осевое растmкеr-rие
Rp = krn Pkw !F;
н:а растmке1-ше при раскалывании
Rpp = 1cm 2Pkw lnF;
на растюкение пр11 изгибе
Rи = lc111 Pl /аЬ2 .
где R - прочr-1ость бетоr-rа на сл<атие; Rp - проЧI.:rость бетона r-ra осевое
растял<е1-rие; Rpp - проч�-rость бетона на растmкение при раскалывании; Rи
- проЧI-1ость бетоr-rа на растmкение при изгибе; Р - разруша1-ощая нагруз­
ка; F - средняя площадь рабочего сечен:ия образца; а, Ь, l - соответст­
ве1n10 пшр:r,mа и высота пр11Змы и расстошше мел<ду опорами пр11 испы­
тании образцов на растmкение при изгибе; kгп - масштабный коэффици­
е1тт прочности бетона; kw - поправочный коэффицие1-п, учитывающий
влюкность бетона образца; для всех видов бето1-1а (r<роме ячеистого)
kw = 1, для ячеистого бетона kw принимают в зависимости от влалrnости.
3.3. Деформативные свойства бето11а
Под нагрузкой бетон ведет себя ю-rаче, чем сталь и другие упру­
гие материалы. Ко1-rгломерат1-1ая структура бето1-1а определяет его
поведение при возрастах-о щей нагрузке осевого сжатия.
65
Область услов1-rо упругой рабо­
}]апря,;;1сен.ие
ты бетона - от :начала r-1агрр1сения
до 1-rапряясе1:rия сясатия Rт0, при ко­
тором по поверхности сцепле1-rия
цеме1-rт1-rого камх:rя с запошrителем
образуr{)тся микротрещmrы. Грани­
ца упругой работы бето1-rа соответ­
ствует 1:rаибольшем-у сокраще1-111r{)
времеr-rи прохояще1-mя ультразвуrсо­
вого импульса Лt (рис. 3 .9). Пр11
дальнеишем r-rагрулсении миrсротрещи1-rы образуr{)тся улсе в цеме1-1тном
камх:rе и воз1-rиrсаr{)Т пластические
+Лt
О
-Лt
неупругие деформации бето1-rа. Раз­
Сотсра�цение вре;14ени
витию пластичес1сих деформаций
прохо;;1сд е1-1ия ультраз6J1кового
способствует таrоке 1-1аличие гелеu1vtnyльca
вои составЛЯI{)Щеи в цеме1-rт1-rом
Рис. 3.9. Параметрические точкамне. Верхняя гра1-rица области
ки (гран�щы) областей напря­
развития пластических деформаций
0
я<енного состояния бетона: Rт Rтv соответствует возраста1-rtП{) ве­
граница условно упругой рабо­
ЛИЧИI-IЫ коэффициента попереч1-rой
ты бетона; Rтv - верю-шя гранидеформации до 0,5, т. е. максималь­
ца области развития пласт1-rче­
ного з1-rачения, теоретичесrси воз­
ских деформаций
моясного для сплошного тела. При
этом время прохояще1-rия ультразвуrсового импульса приблюкается к
первоначаль1-rому значеIШЮ для ненагруясен1-rого бето1-1а, принятому
за условньm н:оль.
При 1-rебольших напрmкениях и кратковремею-rом нагруясе:нии для
бетона характерна упругая деформация, подоб1:1ая деформации пружи­
:ны. Если напряжение превосходит 0,2 от предела прочности, то 1-rабm{)­
дается заметная остаточн:ая (пластическая) деформация (рис. 3.10), и
nomry:ю деформацию бето1-rа MO)IOIO представить как сумму упругой и
пластической дес]?ормации. Поэтому диаграмма деформироваrшя (зави­
симость 1-rапрmкения от оrnосительной деформации 1-re прямоmmейна,
для кюхщого напрюкения существует свой модуль упругости. Услови­
т1сь за 1-rачалы:IЬIЙ модуль упругости бетона при сясатии и растЯ)Iсении
принимать оnrошение нормального напрmке1шя к оrnоситель1-rои деформации при величине напрялсения не более 0,2 от предела прочности.
Коэфф:ицие1п упругой поперечной деформации (коэффициехп Пу­
ассо1:rа) бето1-rа измеr-rяется в довольно узrсих пределах - О,13-0 ,22 и в
срещrем раве1:r 0,167.
V
V
V
66
�
�
�
1, 0
IA
I
I
0,8
I
I
I
I
I
I
I
I
Рис. 3.10. I{ривая
<<1-rапрю1<ение - дефор­
мацr,rя» бетона
/,
8
упр
полн
Относип1.ел.ъная деq_Jорм.ация е =Ы/1
Меящу модулями упругости: npoдom,r-roй деформации Е6 и .де­
формации сдвига G существует связь:
G = Еб / 2 (1+ µ),
пр:и1:rимюот G = О,4Е6•
Предеm,н:ая от:носителы-rая деформация бето1:пrой балки связана
с модулем деформации Е6 и пределом прочr-rости: R при растяжении
(слсатии) соот:ноmеrшем Е ед R/E6.
Модуль десрормаций: кон:струrщионных легrсих бетоr-rов 1-ra порис­
тых заполнителях пример110 вдвое меньше, чем у равн:опрочных тя­
лсеm,IХ бетонов, поэтому предельв:ая сясимаемость легкого бетона
примерно в 1,5-2 раза, а раст.юкимость в 2-4 раза вьШiе по срав­
не1:IИI0 с т.юкелым бето1:rом. Повыmе1-rие пределы-rой деформации бетона увеличивает его трещиr-rостоикость.
Ползучестыо 1-rазьmа�от явление увеличения деформаций бетоr-rа
во времени при действии постоЯI:rной статичесrсой нагрузки (рис.
3 .11). Таrсим образо�, полная оттrоситеm,1-rая деформация бето1-rа прr1
=
пр
дmrrельном действии 1-1агрузки слагается из его начальной («м:r.новеr-r1-rой») упругой деформации и: пластической деформации ползучести.
Мерой ползучести слу)КИТ величи1-1а с = en!G, т. е. от:носителы-тая
деформация ползучести, ornecernraя к еди1-rице 1-1апрялсения.
В области упругой работы бетоr-rа ползучесть 8n приблизительно
ли1-iей1-10 завис:ит от упругой деформацrrn в0 и, следователы10, харак­
тери:стика ползучести <р = Епl 80 , т. е. равна от1-1оmе1-1и1O деформации
ползучести к r1ачальной упругой деформации.
67
Ползучесть проявляется при всех видах деформации. По срав­
не1-1и:r-о с ползучесты-о при: с)катrш ползучесть при растюке1-1ии выше в
среднем в 1,5 раза, а при сдвиге - в 2-2,5 раза.
8/1 ·10
3
100
/
I
5о
О
-
�
Рис. 3.11. Развитие
ползучести во времени
/
100 200 300 400 500 600
Вре.!V(Я., с:ут
Ползучесть бето1-1а объясняr-от пластичесrсими свойствами вла)К­
ного цеме1-1т1-1ого геля, а таrоке воз:ниrа1ове1-1ием и развити:ем микротрещиr-I при 1-1аnрюкев:и:ях, превосходящих R; . Кроме того, при вы­
соких наnрюке1-1и:ях проявляется пластическая деформация кристал­
лической структуры.
Ползучесть зави:сит от вида цемента и запоmштелей, состава бето­
на, его возраста, условиr1 твердеI-ШЯ и вла)I<Ности. Меr-IЬшая ползучесть
набшодается при примеr-1ени:и: высокомароЧI-Iых цементов и плоrnого
запоmштеля - щебr-� из изверя<енньrх ropr-rьrx пород. Пористый запол­
I-ШТеJТh усишrвает ползучесть, поэтому леп<Ие бетою,1 име1от боJТhшую
ползучесть по срав1-1ениr-о с т.юкелыми. С увел:ичением В/Ц ползучесть
бетона при прочих раввьrх условиях возрастает, так как цемеr-IТШIЙ reJTh
становится мeI-ree вязким, а бетоI-I - более пористым. При одинаковом
В/Ц бодьшая ползучесть 1-1аблюдается у бетоI-1а с более высоким содер­
)Канием цеме�-rта. В бето1-1е, 1-raгpY)KeI-n-Ioм в раннем возрасте, проявляет­
ся гораздо большая ползучесть, чем в·позднем возрасте.
На :ползучести сказывается климат: за:мечеI-10 ее усиле1-ше в теп­
лом и сухом воздухе. Пре)кдевреме:нное высыхание бетона ухудшает
структуру и увеличивает его. ползучесть. Од1-1ако в:асыще1-п1е водой
затвердевшего бето1-1а МО)Кет тal()I<e вызвать рост ползучести.
3.4. Усадка и набуха1:�ие бетона
При тверде1-1ии I-Ia воздухе про11схоДI1т усаДI<а бетона, т. е. бето1-1
С)КИмается и mшейные размеры бето1-п-1ьrх элеме1-1тов сокращаются.
Усадка слагается из вла)I<Ностной, карбо1-1изацио1-1ной и контракци­
он1-1ой составлтощих. ИcпapeI-rne воды из цемеI-rгного геля сопро­
ВО)Кдается сбЛИ)I<еI-Iи:ем его частиц и является прИЧИI-rой вла)Iа-1ост�-1ой
усадки. Карбо1rnзащrя содер)I<ащегося в цементном камне гидрата
окис:r,1 кальция с :переходом его в углекисльп,r кальцю1 таrоке вызываV
68
V
ет усадку, особе1-п-rо замеп-rу:rо в ячеистых бетов:ах. Обычные 113мере­
:ния да1от общухо величину усадки бетона, слагающухося из влала-rо­
стной и карбо1-rизацио1-u1ой составляющих. Ко1-rтракцион1-1ая состав­
ля1ощая усадки, вызва1-r1-1ая уменьшением абсол1оп1ого объема сис­
темы «цемеr-rт-вода», 1-rевелика и составляет всего около 10 % от
вла:жностнои усаща,r.
Вследствие усаДI<И бето1-1а в )Келезобето1-r1-1ых и бето1-r1-1ых ко1-rст­
ру�щиях возникаrот усадочные :напрmкеI-IИЯ, поэтому сооруя<е1-rия
большой протmке1-п-rости разрезают усадоЧI-rыми швами по избе)кание
появления трещиr-r. Ведь при усадке бетоr-rа 0,3 "'ММ./м в соорУ)кен::ии дли1-1ой 3 О м общая усадка составляет
Врел,,я 111вepдe11imt суп1
около 10 мм. Массивr-rый бетоr-r высыО
30
60
90
хает снарУ)I<И, а внутри 01-1 еще долго
остается влюrсньw. I-Iepaв1-ro:rvrep1-raя
усадка вызывает растягивающие на­
прmкения в 1-rаружных слоях конст­
рукции и появление внутревних тре­
щин на контакте с запоmштелем и: в
самом цеме1rгном ка-�.mе.
Для снюкения усадо-.:.rв:ьтх напрmке1-rии и сохрав:е1-rия монолитности, констру�сций стремятся умень­
шить усадку бето1-1а. Наибольшую
усаДI<у имеет цеменпrьu-r камев:ь.
Введеr-rие заполнителя умеr-rьшает
количество вюку�цего в единице
Рис. 3.12. Кривые yoaдrm:
объема материала, при этом обра­
1 - цементного I<aмr-rя; 2 - рас­
зуется своеобраз1-rый каркас из зерен
твора; 3 - бетона
заполнителя, препятствующии усадке. Поэтому усащ<а цементн:ого раствора и: бето1-1а меr-rьше, чем цe­
:rvreнтr-roro камня (рис. 3 .12).
V
V
V
V
3"5. Морозостой1(ость бетона
Морозостойкость бето1-rа - способ1-1ость бето1-rа сохранять физтшомеханические своиства при: ю1огократном поперемеш-rом замора)КИвашш и оттаивании. Морозостойкосгь бето1-rа характеризуется марI<ОЙ
по морозостоfп<ости. Марка бетоr-rа по морозостойкости (F) - уста1-rовµею-1ое 1-rормами макс:им::алъ1-rое число циклов заморюкиванйя и от­
таивания: образцов, бетона, проводимых по базовьrм методам, пр:и кото­
ром сохрантотся первоначаль1-rые физю<о-механические свойства в ут­
верящеrn-rых стандартом пределах. Стандартом установле11ы следующие
V
69
марки бето1-1ов по морозостойкости: F25, F35, F50, F75, Fl00... ,Fl000.
Методика проведения испытаний 11а :rvrорозостойкость реглmvrентирова­
на комплексом стандартов ГОСТ 1006(0-4)-95.
Стах-:rдартом установлеI-IЬI два базовых и: два ускореr-п-rых метода
определе1-rия морозостойкости. ВидьI бето1-1ов и релmмьr и:сIIЬrтани:й
по этим методам приведены в табл. 3.1. Кроме, этого, стахщарт пре­
дусматривает еще два допоm-rительных ускореr-шых метода опреде­
ления морозостоfп<ости: дилатометрический (ГОСТ 10060.3-95) и
струкгур:но-мехаr-rичесrmй (ГОСТ 10060.4-95).
Таблица 3.1
Методы испьпания 1У1орозостойкости бетонов
Условия испытаний
№метоВид бетона
Среда насыщения Среда и температура
да
замора)I<ивания, 0 С
и оттаивания
Базовые методы
Все виды, I<po:rvre доВоздуmная, -18
1
Вода
2
Тоже
5 %-й раствор NaCI
Усr<:оренные методы
2
5 %-й рас-rвор NaCI
Воздушная, -18
3
То я<е
5 % раствор NaCI,
-50
PO)I<HЬIX
Бетоны дорола-rые
Все виды, I<роме доpo)I<I-IЬIX, легких
Все виды бетонов,
I<роме легкого
Морозостойкость бетоr-rа опредеmп-от в проектом возрасте при
доспDкении им прочr-rости r-ra C)Karne, соответствующей его классу. Об­
разцы изготавливаются в стандартных формах-кубах. Образцы делят 1-ra
ков:троJIЬI:IЬrе, предназ1:rачеmп,хх для определения пpoчr-rocrn бетоr-rа на
с)rсатие перед r-rачалом испъхтании, и осr-1ов1-п,1е - предназначеr-шые для
исIIЬхтан:ия. Ко.шrчество и размер образцов бетоr-rа в зависимости от ме­
тода определех-rия морозосто:rп<ости пр1mима1-от по табл. 3.2.
V
Таблица 3.2
Раз1неры и I<:оличество образцов для испьrгапия бетона на 1норозостоЙI<:ость
Количество образцов, шт
Метод опреРазмер образца, мм
деления ТУiороl(оr-прольных Основных
ЗОСТОИI<ОСТИ
Первый
Второй
Третий
I00xI00xI0O или 15Ох15Ох150
l00xl00xI00 или 15Ох15Ох150
l0Oxl00xl00 или 7Ох7Ох7О
70
6
6
6
12
12
6
Порядок испытаний. Образцы дOЛ)IGfЬI бьпь без вr-1ешн:их де­
фектов. Сред1rяя плотность образцов бетона в серии r:re доmю:rа раз­
личаться более чем на 50 кг/м3 . Массу образцов определяют с по­
грешностью :не более 0,1 %., Все образцы, в том числе и контролъ­
:ные, перед испытанием насыщаr-от водой (по первому методу) или 5
%-ным водr-rъrм раствором хлорида 1-1атрия (по второму и третьему
методам) при температуре (18±2) 0С. Для этого образцы с1:rачала по­
грУ)каr-от в воду (или солевой раствор) r:ra 1/3 их высоты и выдеря<И­
ваr-от 24 ч; затем уровень )КИДКости доводят до 2/3 высоты образцов и
таrоке выдеряаmаr-от24 ч. После чего образцы полностью погруя<ают в
я<Идкость таким образом, чтобы она окрул<ала их со всех сторон слоем
не ме1-1ее 20 мм, и в таком состоянии выдер)кива1-от еще 48 ч.
Контролы:rьrе образцьr испытьmаr-от на с>катие через 2... 4 ч после
извлечеr--rия из ва:нны, где проводилось их насыщение.
Режим проведения и:спытаний н:а морозостойкость и число цик­
лов испытаrшй зависят от принятого метода испьпаний, вида бетоr-rа
и проектн:ой прочr-rости бетона I-ra морозостойкость
Первый метод. Образцы бетона, подлел<ащие испытанию после
насыщения водой в течеrmе 96 ч загрУ)кают в морозилъну1O камеру
I<оrпейнерах или устанавшrваr-от r:ra сетчатые стеллажи камеры. В те­
чение всего испытаrmя поддерл<ИВают температуру -16 ...-20 °С.
Оттаивание производят в ванr:rе с водой при температуре +18 °С.
Число циклов заморал<ИВания и оттаивания основных образцов
бетона доmю:rо быть не меr-1ее одного в сутr<И.
Для установления соответств:ия марr<И бетона по морозостойко­
сти требуемой (проектной) марке средr-пою прочность серии основ­
I-IЫХ образцов сравюmают со средней прочr:rостыо н:а с)катие серии,
контрольных образцов.
В том случае, если cpeдr-ree з1:rачеr-1ие проЧI-Iости серии основных
образцов бетоr-rа после проме)куточнъrх Цill<лов заморал<Ивания и от­
таивания будет меньше средr--rего значения прочности r-1a сжатие се­
рии конгрольнъrх образцов более чем r-1a 5 %, то испытаr-rие следует
прекратить и марку бето1-1а по морозостойкости считать не соответ­
ствующей требуемой�
Марку бетона по морозостойкости принимают за соответствую­
щую требуемой, есшr среднее зr:raчerme прочr:rости на с)катие ocr-roв­
нr,rx образцов после установлеrп-rого для даmrой марки числа цmшов
заморал<Иваr-rия и оттаивания умеrfЬшилось r-re более чем r-ra 5 %, по
срав1-1е1nпо со средr-IИМ значеr-rием прочr-1ости на сл<атие коr:rтрольньrх
образцов. Если среднее з1:rачение проч1-1ости на с)катие основ:ньrх об­
разцов сниз11лось более чем r:ra 5 %, то морозостойкость :испытуемо­
го бетоr--rа r:re соответствует требуемой.
71
Второй метод. Отличие этого метода состоит в том, что образцы
бето1-rа подлеясащие исшrтаниям :на морозостоЙiсость, в:асьпцаr-от и в
процессе исmrгаr-пш отгаиваr{)т н:е в воде, а в 5 % растворе хлорида r-rа­
трия.
Третий (низкотемпературный) метод. По этому методу бето­
I-IЬI всех видов перед исшrтаr-Iиями насьпцаr-от 5 %-ным водным рас­
твором хлорида натрия и в 1-rем )Ке Щ)ОВодится размораясиваrше. Осо­
беш-Iость испытаr-mй по этому методу - замора)киваrше в растворе
хлорида в:атрия. Морозилыrая устаr-rовка, Щ)Именяемая для испыта­
I-ШЙ, доюкна охлалщать до температуры -60 °С. Ре)l<ИМ замора)!а1ва�
1-rия образцов в 1самере Щ)IШЯТ следу1ощий: загрузка при температуре
-10 ° С; снruкение температуры ДО -50...-55 ° С В теч:е1-ше 2 ...3 ч; ВЫ­
держrса при этой температуре 2 ...3 ч; повышеш1е температуры до
-1О 0С в течение 1...2 ч.
Ре)IСИМ отrа:ивания следующий: кубы с ребром 100 мм оттаивают
в течеrше 2 ...3 ч, с ребром 70 мм - 1...2 ч.
Резкое и глубокое охлюкдеr-ше образцов, r-rаходтцихся в среде со­
левого раствора, и последу1ощее размораясивание в таr<ом же растворе в
тeчer-rne 2...3 ч при те1tmературе (18±2) 0С создаr-о т условия для бы­
строго разрушения структуры бетона. Так, oдr-ra и та же степень раз­
рушения структуры бетоr-Iа с морозостоЙiсостьr-о F200 при базовом (пер­
вом) методе исmrтаний доСТШ'ается после 200 циклов заморюкиваr-mя­
отта:ивах-rия, а при низкоте1tmератур1-rом методе всего после 5 циклов.
Коr-rтроль марки бетона по морозостойr<:ости при испытаmr:и 1-rиз­
котемператур1- rым методом ведут таrс )Ке, как другими методами, по
cr-Iюкerшr-o проч:ности 1-ra с)!сатие образцов (1-re более 5 % по cpaвr-Ie­
в:mo с прочностьr-о rсонтролы-IЬrх образцов).
Морозостойкость зависит от свойств исход�-rьrх материалов, со­
става и структуры бето�-rа. На морозостойкость бетона в значитель­
r-rой степени влияет минералогический состав цемента. Наиболее от­
рицатель:ное влияние имеет С3А. Одr-rой из причшr этого является
большое различие концентрации силика11-IЬrх и алюмш-Iатн:ьrх миr-1е­
ралов цемента, которые вызываr-от появление миrсродефектов в це­
ментном камне :в процессе тверде�-rия. Например, для морозостойко­
сти бето1-rов марок F200 и F300 рекомев:ду1-отся два типа портлаrщ­
цемента: сульфатостоЙIСИЙ и быстротвердеющий с содержанием С3А
ме1-rьше 6 % и С.з S до 60 %. Чем выше водопотреб:ность запошIИТеля,
тем 1-ооке морозостоfп<ость бетоr-rа. Уcтar-roвлer-ra зависимость морозо­
стошсости тткелого бетоr-1а F (вы:рюкеr-II-rой в стандартньrх циклах замо­
ражI-rва1-шя и оттаиваr-шя) от капиmrярr-rой пористости: (Пк), вычисляе­
мой в процеrпах по формуле:
72
Пх, = ( (В - О,5а Ц)/1000)100.
На графm<е (рис. 3.13) по1<азана зависи:мость морозостойкости
бетона (F) от капиллярной пористости, которая имеет следующее
аналитическое вы:рюкев:ие:
F = 815 - 17 О, 6Пк + 9, 4 П/.
На морозостойкость бетон:ов
400
,,
влияет деформация самого бетона
� 350
,,
и его компон:е�-rгов: цеме�-m-rого кам­
\
ня, меm<ого и круm-rого залоm-штеля.
300
Коэффицие1п лm-�ейного те1Уmера­
� 250
\
тур1-rого распrnрен:ия бетона со­
-6
\
ставляет ОКОЛО 10-10 oc-I, СЛедова­
� 200
',)
С)
ТеJП,I-IО, при увеличе�-rии темпе­
\
�
/50
ратуры н:а 50° расширение достигает
�
� /00
примерr-rо О,5 м:м/м. Во избе)каr-п1е
"--.
:---растрескивания cooppкernrя боль50 5 б 7 8 9 10
шои протюкеш-1ости разрезщот темКапилярнн,ая
пературно-усадоч:нъIМИ швами.
порисп1осn1ь, %
Крупный залол�-штель и рас­
твор, составлтощие бето�-r, име1от
Рис. 3.13. Зависm.,rость морозо­
различr-rый коэффициент темпера­
стойкости бетона от его капил­
турного расширения и будут по­
лярной пористости
разному дефорМJ,rроваться при 11з­
менении температуры.
Большие колебаr-IИЯ температуры (более 80 ° С) могут вызвать
внутреннее растрескивание бетона вследствие различr-rого теплового
распп,rреюrя 1сруп1-rого запоmmтеля и раствора. Xapar<тepr-IЬre трещи­
ны распростраr-IЯrотся по поверхности заполнителя, некоторые из
них образуrотся в растворе, а mrогда и в слабых зер1rах заполнителя.
Внутре1mее растрескиваю1е МО)!<НО предотвратить, если позаботить­
ся о подборе составляющих бетона с близкими коэффициеmам:и
температурного расширения.
Следует обратить внима�mе 1-ra разл:нq11ый характер деформаций
сухого и вла)!а-Iого бетона. Образец из сухого бето1-rа при охлал<де­
I·IИИ уr<орачивается согласно кривой r-ra рис. 3.14 и его температурная
деформация определяется коэффицие�-rтом линейr-rого температур­
:ного расширения (КЛТР). Кривая 2 температурr-rых деформаций за­
мерзаr-ощего влЮiа-�ого образца имеет аномалы1ое pacпnrper1иe. Дав­
ле1rnе воды, замерзаrощей при - 5-7 ° С в круmrых капиллярI-IЬIХ по­
рах, вызывает удлине1-rие образца (так r-rазываемое «приведенr-�ое»
удлинеrrnе). Второй МаI<симум на кривой 2 вызван замерза:нием воды
в более меm<ИХ порах ЩJИ силы-rом морозе (--47 °С). Удлmrение сви-
\
1
,
'
,!)�
\
J�
""'
'
73
детельствует о том, что фазовый переход воды вызывает растяги­
ваr-ощие r-rалряясею1я в бетоне. Уме:ньmе1-rnе объема каrmллярных
пор, например путем введения суперпластификатора, позволяет сни­
зить эти деформации и повысить морозостойкость бетона.
5
Лt=1О
t
а,• zo.5
+..о
1
20
+�?
0,5
-60 �50 -40 -30 -20 -10
а
t, 0С
1
•
1
1
·-
-60 -50 -40 -30 -20 -l�f
10
1
"
li
а
11
,,,д -�
+
с�
10
,-r /1 20
,, 2
'А"'
�/
,·
-40
-60
�
б
Рис. 3.14. Коэфс]?ициент линейного температурного расширения (а) и тем­
пературно-влмrnостньrе дефор1,rации ТЯ)I<елого бетона: 1 - сухой; 2 - насыщеюIЫИ водои
v
V
Повыmенюо морозостойкости способствует созда:ние в бетоне
резерв1-rой пористости с помощью воздухововлекающих добавок в
объеме до 5 %. Эти поры не запол1-rяется водой при обьIЧI-rом 1-1асы­
щении, но могут заполняться водой под давлением образующегося в
порах льда, выполняя роль своеобразного демпфера.
Состав бетона с требуемой морозостойкостью определяют исхо­
дя из маrссимальr-rых зr-rаче1шй В/Ц, допускаемых 1-rормат:иnныМI1 до­
куме1-rтами для дмп-rого бетона: для бетона FЗОО реrсомендовано В/Ц
1-re выше 0,4; для F200 - до 0,45; для Fl50 -до 0,5.
3.6. ТреЩИIIОСТОЙI,ОСТЬ бето11а
Закон:омерr-rость возникновения и распростраr-rе1-rия трещин в ма­
териале при 1-rагрулсении или действии окрулсающей среды (например, при совместном деиствии воды и мороза, r-rамокания и высыха1-rия и т.п.) :изучает наука механика разрушения (теория трещmr).
В основе мехаюпси разрушения ле)I<ИТ прmщтт <атределъr-rого рав­
н:овесия 'Iрещ:ин». Предельное состояние считается достигнутьrм, если
V
74
треIЦИI-rа получила возмо)Iа-rость распространяться, увеmrч:ивая сво10
поверхность, в объеме материала под действием датшой cиcтe:rvrьr сил.
Математw-1ески это условие характеризуется формулой напрmке1-пrя
cr = ( Ю пХ)1 12 ,
2
где Х - расстояние от вершины трещины.
При этом условии трещин:а начю-rает расти, если коэффициент
(К) достигает 1-rекоторого критического зr-rачен:ия, называемого вяз­
костью разрушения (Кс). Вязкость разрушения характеризует интен­
сивность напря)ке1-п-rого состо.m-rия в области, окрркающей устье
трещив:ы, вместе с мальш объемом, где происходит процесс разрушеr-rия.
Экспер�,rментальное определе­
р
r-rие вязкости разруmеI-IИЯ МО)КНО
осуществ:ить по результата:rvr испытат-rия на изmб образцов балочек
размером 1Ох1Ох4О см с 1-rадрезом.
Надрез, им:итируrощий трещш-rу,
L
формируется за счет острого кли:на,
прикрепленного перпендикулярно
Рис. 3.15. Cxe:rv1a :испытаний обвертикальн:ой стенки формы при
разцов призматической формы с
изготовле�-mи образцов. ТоШЦИI-rа
надрезо:rvr
КЛИI-rа при верпп,n1е доляmа состав­
лять 0.1 мм. Отноше1-rие глубиньr
1-rадреза к высоте образца составляет 0,33 (р:ис. 3.15). Испытат-rие образцов-призм с надрезом производится по ста1-rдартв:ои методике определеr-ш:я предела прочr1ости бетона н:а растmкеr-rие при: и:зги:бе. Вели­
чина вязкости разрушения бетона определяется по с]?ормуле
Кс = ( 3PL112 !Bd2) (1,99-2,47(!/d) +
312
4
3
2
м
23,l
28,2(l/d)
1
) МН/
,
7(l/d) +
+ 2,97 (lld) где Р - разрушюощая нагрузка, JvfН; L - расстояние :rvre)кдy опорами при изmбе,
м; В - ширина образца, м; d - высота образца, м; l - глубина надреза, :rvr.
Вязкость разрушения бетонов в значительной степени зависит от
содер)КаJ-ПiЯ и вида запоmmтеля в бетоr-rе. Например, увешrче1-rие со­
дер)I<аRИЯ в бетоне плотr-:rого запоmmтеля (гpar-rитr-roro щебr-rя) ведет к
ИJПеI-rсив1-1ому тормо)кению образования трещин на границе соедшrе1-rия цементного камня с заполнителем, в результате которого поглоща­
ется большое количество энергии и увеmrч:ивается вязкость разрушения
материала в целом. В отличие от бетона r-ra гранит�-rом щеб1-1е вязкость
разруmе�-rия керамзитобетона умев:ьшается с увеличением объеwrого
75
содерл<а:шrя запоmmтешr. Это указывает r-ra то, что вязкость разрушения
в основr-rом определяется сопротивлеrшем цемент1-1ого ка:мвя развитmо
11.Jещин, а зерна запошrителя не могут эффективно вmrять на этот про­
цесс. Поэтому легкие бетоI-rы на пористых запоmштелях более хруш<Ие,
чем бетоньr на плотв:ых запошштелях.
3.7. Водонеnро1Iицаемость бетона
Проектну�о марку бетона по водо:непроницаемости назначmот
для ги:дротеХI-rического и других бетонов, к которым предъявляются
требовm-rия по плотности и водоI-rепроницаемости. Марку прйrшма­
ют в зависимости от коэсрфициента фильтрации водьr (К9.1), который
измеряется кошrчеством воды В, прошедшей через 1 см" образца в
течение 1 ч при постоm-п-1ом давленrш:
кф-_ 11Q8
S-rp
где 11 - коэффициент, уч:итываJ{)ЩИЙ вязкость воды при разmrчной те1vrпера­
туре; Q - масса фильтрата, Н; 8 - толщи:н:а образца, см; S - площадь образ­
ца, см2; 1: - время испытания образца, в течение которого измеряют вес
фильтрата, с; р - избыточное давление в установке, МПа.
Получеrn-rое значение коэффициеI-rта фильтрации КФ сравнивают
с маркой бетона по водо:непроr-IИЦаемости в соответствии с таблицей
Марка бетона по водонепроницаемости («мокрое пятно»)
W2
W4
Wб
W8
Wl0
W12
Коэффициент фильтрации К111, см/с
Св. 7.10-9 до 2·10-9
Св. 2- 10-9 до 7.10-9
Св. 6-10-10 ДО 2· 10-9
Св. 1-10- 10 до 6-10-10
ев. 6-10-11 до 1-10-10
6· 10- 11 и менее
По водонепроницаемости бетон делят на марки: W2, W4, Wб,
W8, WlO и W12, причем марка обоз:начает давлеrrnе воды, при I<ото­
ром образец-циmшдр высотой 15 см не пропускает воду в условиях
стандартн:ого и:спытания. Водоr-rепроницаемость бетон:а зависит от
его пористости, структуры пор, своиств вюкуrцих и заполнителеи.
Memrne поры размером менее 10-5 см, к которым от1-1осятся поры
цеме1-п1rого геля, пра.I<тическ11 непроr-rицаемы для воды. Мm<ропоры
и капилляры размером более 10-5 см доступны для фильтрации воды.
С уменьше:m1ем объема капиmтрных пор снюкается водопроницае�
76
V
масть и oдr-roвpeмem-Io повьШiается морозостоЙI<ость бетоr-Iа. Для
уме1-IЬmе1шя водопроющаемости в бетон при: его изготовлеш111 вводят
уплотr-rяющие (аmо:минат 1-rатрия) и гидросробизующие добавки. Нефте­
продукты (бензшr, керосшr и др.) имеr-от мer-rьmee, чем у воды, поверх­
н:остное 1-rат.mке1п1е, поэтому 01-rи легче проникают в обьrчнъrй бетоI-I.
Для снюкеюrя фильтрации I-Iефтепроду:ктов в бетоm-rу.Ео смесь вводят
специалыrые добавки (хлорное )Келезо и др.). Про1-пщаемость бетон:а по
отr-Iошеню-о к воде и нефтепродуктам резко умеr-IЬmается, если вместо
oбьIЧI-Ioro портландцемеr-Iта примеr-IЯI-от расширяющийся.
3.8. Теплофизичес1<:ие свойства бетона
ТеплопроводI-Iость - наr1более вюкная теплофизическая хараrсrе­
ристш<а бетона, в особенности применяемого в огрюкдающих кон­
струкЦI1ЯХ здаr-Iий. Теплопроводность бетоr-Iов хараr<теризуется коm1чеством теплоты (в Д)коулях), которое способен передать бетон через
1 м2 поверхr-Iости при раз1-Iост11 температуры в 1 °С в течение 1 с.
Теплопровод1-rость т.mкелого бетоI-Iа в воздушно-сухом состоя­
нии около 1,2 Вт/(м· 0С), т. е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бе­
тонов (на пористых запотnпелях и ячеистых). Высокая тепло­
проводr-1ость является недостатком т.mкелого бетона. МI-1огослой1-IЬ1е
панели н:аружных стен: из т.mкелого бето1-1а изготовляr-от с ВifУтреI-1ним слоем утепл11теля.
Теплопроводность тяжелого бетона во влюкном состоянии, и осо­
бенно пр11 замора)l<ИВаш-rи, резко возрастает, так I<aI< теплопровощrость
водьI составляет 0,58 Вт/(м· 0С), т. е. в 25 раз вьШiе теплопроводности
воздуха, а теплопроводность льда еще вьШiе и составляет 2,3 Вт/(м· С).
Теплоемr<ость т.mкелого бетона измеr-rяется в узких пределах 0,75-0,92 кДл<l(кг· 0С).
0
3.9. Радиационная стой1<:ость бетона
Радиационная стоЙI<ость характеризует способность материала
сохраrтть в течение эксплуатации своr-о структуру и своиства при
воздействии радиациоI-II-IЬIХ r-1агрузоrс Бето1-r, примеrтемый для био­
логической заrциты, дOЛ)l<eI-r обладать радиац11ошrой стойкостью при
деиствии потока 1:1еитронов и у-кваrпов.
Облучение r-1ейтрон:ами влияет 1-ra заполнитель бетон:а. Кри­
сталлические мш-rеральr, входящие в состав ГOr)I-IЫX пород, исполь­
зуемых в качестве запошштелей (кварцевый песок, граrшт и др.), под
влиянием радиации изме1:IЯiот свою структуру вплоть до поm-1ои
аморфизацmr. Это явление сопровоя<дается объем1-rыми деформа­
циями, которые вызываr-от ВI-IУТJ?ешше НаIIрЯЛ<ения, а mrorдa и рас­
тресr<ИВание бетоr-rа.
V
V
77
3.10. Химическая стойкость бетона
Коррозия вызывается воздействием агрессивных газов и )I<ИдI<oстеи 1-ra состав1-rые · части затвердевшего портлав:дцемента, глав1-IЬnv1
образом на Ca(OI-I)2 и 3СаO-А12O3 -6Н2О. Встреча1отся десятr<И веществ, 1<оторые могут воздеиствовать на цемеr-rтньrr1 каме:нь и 01<азаться для него вредI-IЬIМИ. Несмотря на раз1-rообразие агрессивI-IЬIХ
веществ, ос1-rовные причrnrы коррозии молсно раздел11ть на три груп­
пы: 1) разло)1<е1-rие составляхощих цемеrттного камня, растворенr1е и
вымывание гидрата 01<иси кальция; 2) образоваrmе легкорастворr1мых солеи в результате взаимодеr1ствия гидроокисr1 1<альция и других состав1-rых частеи цeмerrn-roгo камня с агрессивr-rыми веществами
и вымывание этих солей (к:ислотная, магнезиаль:ная 1<оррозия); 3)
образование в порах :новых соедиr-rенйй, зarmмaioщr,rx больший объ­
ем, чем исходr1Ьrе продукты реаrщии; это вызывает появление внут­
рен1-шх напря)ке1-IИЙ в бето1-rе и его растрес:юmание (сульфо­
аmомш-rатная коррозия).
Выщелачивание гидроокиси кальция происходит интенсивr-rо
при деиствии мягких вод, содерл<:ащих мало растворе1mьrх веществ.
К ним относятся воды оборотх-rого водоснаб)кеrшя, 1<01ще1-rсат, дол<­
девые воды, воды гор1-rьrх рек и равнш-rньrх рек в половодье, болот­
ная вода. Содержание гидрата окиси кальция в цементном кa:rv.rn:e че­
рез 3 мес тверде1-rия составляет 10-15 %. После его вы:мываrшя и в
результате уме1-rьшения концентрации СаО (менее 1,1 г/л) начинает­
ся разло)ке1-rие гидр осишшатов и гидроалюминатов кальция. Выще­
лачивание Са(ОН)2 в количестве 15-30 % от общего содер)каr-rия в
цементх-rом камне вызывает по1-r1-rжев:ие его прочности 1-ra 40-50 % и
более. Выщелачивание МО)КНО заметить по появлеr-rию бельrх подте­
v
V
V
V
V
V
V
I<ОВ
на по:верХFrости бетона.
Для ослабления коррозии выщелачиваr-rия ограничивают содер­
)!<:аJ-rие трехкальщ1евого силиката в клш-rкере до 50 %. Главным сред­
ством борьбы с выщелачиваrmем гидрата 01mси кальция является
введение аr<:тивньrх м:инеральньrх добавок :и применение плотного
бето1-rа. Процесс выщелачивания гидрата окиси кальция замедляется,
1<огда в поверхностном слое бето1-rа образуется малорастворимый
СаСO3 вследствие карбонизации Са(ОН)2 при взаимодействии с СО2
воздуха. Вьщер)кивание на воздухе бето111-rых блоков и свай, приме1-rяемьrх для соорулсеr-rия основа1-1ии, а та1оке портовьrх и других гидротехничесrсих соору)ке1-rии повышает их стоикость.
Углеr<Ислотная 1<оррозия развивается ПJ.)И действюr н: а цеменп-rьrй
камень воды, содер}кащей свободr-rуiо двуо1<Ись углерода в виде слабой
угольной I<Ислоты. Избыточ�-rая (сверх равновесr-rого коmrчества) двуV
V
V
78
окись углерода разрушает карбонаmую плеш<у бетона вследствие обра­
зования хорошо растворимого бm<арбоната кальция по реаrщии
СаСОз + СО2 + Н2О = Са(НСОз)z.
КI1слотная коррозия происходит при действии растворов лr-обых
кислот, имеющих значения водородного показателя рН < 7; исклr-о­
чение составшпот полm<ремв:евая и кремв:ефтористоводородная ки­
слоты. Свободные кислоты встречаются в стоЧI-IЫХ водах промыш­
леrп-rых предприятии, они могут проr-пп<ать в почву и разрушать бе­
тоI-niые фундаменты, коллекторы и другие подземriЬrе сооррке:ния.
Кислота образуется таюке из сернистого газа, выходящего из топок.
В атмосфере промьrшле1-rных предприятий кроме SO2 могут содер)Каться ангr1дриды других кислот, а таrоке хлор и хлористьш водород. При раствореriии его во влаге, адсорбироваr-rной Iia поверхности
)Келезобетоrmых конструкций, образуется соля:ная r<Ислота.
Кислота вступает в х:и:мичесr<ое взаимодействи:е с гидратом оr<И­
си кальция, при этом образуются растворимые сол:и (r-rапример,
СаС12) и соли, увеличивюощиеся в объеме:
V
•
Са(ОН)2 + 2НС1 = СаС12 + 2 Н2O;
Са(ОН) 2 + Н2 S04 = CaS04 · 2Н2О.
Кроме того, кислоты могут разрушать и силm<аты кальция. Бетor-r на портлаrrдцементе заrцищаr-от от непосредствеmrого деиствия
кислот с помощыо заrцитr-rых слоев из I<Ислотостоиких материалов.
Магr-rезиаль1rая коррозия 1rаступает при воздействии на гидрат окиси кальция магнезиальных солеи, которые встречаются в раствореюiом
виде в грунтовых водах и всегда содер)l<атся в большом количестве в
морской воде. Содер)КаI-Ше солей в воде Мирового океана составляет (в
г/л): NaCl-27,2; MgC12-3,8; MgSO4 -l,7; CaSO4-l,2. Разрушение це­
ментного камня вследствие реаrщии обмеr-rа протекает по следую­
щим формулам:
V
V
Са(ОН)2 + MgCl2 = Са Cl2 + Мg(ОН)2;
Са(ОН)2 + MgSO4 + 2Н2O = CaSO4 - 2Н2O + Мg(ОН)2.
В результате этих химических реаrщий образуется растворимая
соль (хлористый кальций или двувод1rъrй сульфат кальция), вымьr­
ваемая из бетоr-rа. Гидрат окиси магния представляет бессвязнуr-о
массу, не pacтвopm,ryr-o в воде, поэтому реаrщия идет до полriого
израсходования гидрата окиси кальция.
Коррозия под дейс1пвие:л1 минеральных JJдобрений. Ocoбer-rr-ro вред­
нъr для бетона аммиачr-П>rе удобрения-аммиачная селитра и сульфат
79
амJУ101mя. Амм:иащ-rая ce.mrrpa, состо.mцая в ocr-roвr-roм r1з нитрата аммо1-шя NE.NO3 , подвергается гидролизу и поэтому дает в воде кислу:r{)
реакцию. Нитрат амJУlОНИЯ действует на гидрат окиси кальция:
Са(ОН)2 + 2Nai NОз + 2Н2O = Са(NОз)2 · 4Н2О + 2NНз.
Образующr1йся rштрат кальция хорошо растворяется в воде и
вымывается из бето:на.
Хлористый калий KCl повышает раствори:мость Са(ОН)2 и ус­
коряет коррозию.
Из числа фосфорных удобрений агрессивен суперфосфат, со­
стоящий в ос1-rов1-rом из монокальциевого фосфата Са(Н2РО4 )2 и mп­
са, но содерлсащий еще и некоторое количество свободной фос­
форr-rой кислоты.
Сульфоаmом11r-1аттrая коррозия вознmсает при действии 1-ra гид­
роалю:rv1и1-rат цемех-rтного камня воды, содерлсащей сульфатных ионов
2
(SO4 J более 250 мг/л:
ЗСаО · А12O3 • 6Н2O - ЗСаSО4 + 25Н2О = ЗСаО · Аl2Оз · ЗСаSО4 · З lН2О
Образовах-ше в порах цеме:r:m-хого кам�-rя малорастворимого трех­
сульфатr-rого гидросульфоалю:rv.IИI-хата кальция (эттршrгита) сопро­
воя<Дается увеличех-rием объема примерно в 2 раза. Развиваr{)щееся в
порах кристаллизаци:01-mое давлех-rие приводит к растрескиванию за­
ЩИТfrого слоя бетоr-rа. Вслед за этим происходят коррозия стальной ар­
матуры усиление растрескивания бетона и разрушение коr-rс'Iру:кции.
С сульфоалюминатх-rой коррозией всегда надо считаться при строх,rтель­
стве морских соорркений. Вместе с тем могут оказаться аrрессивr-rыми
сто 11-rые воды промьшmенньIХ предприятии, а таюке грух-rговые воды.
Если в воде содерлсится сульфат на'Iрия, то в1-rачале с ним реа­
гирует mдрат окиси кальция:
Са(ОН)2 + Na2SO4 = CaSO4 + 2NaOH.
В последух{)щем идет образоваr-ше гидросульфоалюмиr-rата rсаль­
ция вследстви:е взаимодействия получат{)щегося сульфата кальция и
mдроатомината.
Для борьбы с сульфоаmомmrатr-rой коррозией применяется спе­
циалы-rый сульфатостойкий портландцемент.
Коррозия под влиянием оргат-tическ:uх вещес111.в. Органические ки­
слоты, каrс 1-rеоргаr-rичес1сие, быстро разруmаFот цемеI-rг1-1ый каме1-rь.
Большой аrрессивносты{) отличаr{)тся уксусн:ая, молочная и вmп1ая ки­
слоты. )l(ирные r-rасыще1-mые и 1-rеI-rасыщею-rые кислоты (олеm-rовая,
стеарm-1овая, пал:ьмитmrовая и др.) разруmаFОт цeмermll>IЙ камень, так
как при действии гидрата оrа1си кальция ою1 омыля1{)тся. Поэтому
1
и
80
вреднь1 : и масла, содер)l<ащие кислоты )lа,rр:ного ряда: JП,J-IЯI-roe, хлоrжо­
вое, а таюке рыбий )!сир. Нефть, нефтяные продукты (керосив:, бензm{,
мазут, нефтянь1е масла) не представшпот опасности для бетона, есJШ
оюr r-re содер)кат нефтяньrх r<и:слот ИJШ сое.ЦИI-rений серы. Однако надо
учитывать, что нефтепродукты легко проНИI<а�от через бетон. Продукты
возгоr-п<И камениоугоJП,НОГО депя, содерл<ащие фенол, могут аrрессив­
н:о ВJШЯТЬ на бетон.
Щелоч1{ая корроз:r,rя МО)Кет происходить в двух формах: под действием коr-rцентри:рова:ннъrх растворов щелоче:и на затвердевшии цементr--n,1и камень и под влиян:ием щелочеи" rшеr-ощихся в самом цементе. Если бетоI{ 1-rасыщается раствором щелочи ( едкого натрия или
каJШЯ), а затем высьrхает, то под влиянием углекислого газа в порах
бетона образуiотся сода и поташ, которые, кр:исталлизуясь, расши:­
ряются в объеме и разруmа1от цементr--rый камень. С1шьнее разрушаv
v
V
V
ется от деи:ств:ия с:иль:ных щелочеи цеме1rг с высоким содерл<ашrем
V
v
ал:[-оМИJ-rатов кальция.
Коррозия, вызываемая щелочам:r-1 цемента, про:исход1rr вследст­
вие процессов, протека1-ощих в:нутри бетона мел<ду его компон:ента­
м:и. В составе цеме1-1тr-rого кл1rнкера всегда содер)I<Ится разн:ое коли­
чество щелочньrх coeдm-rer-11rй. В составе заполm1теле:й для бетона, в
особен:ност11 в песке, встречаются реакциоm1оспосо61{ые мод1rфи­
кац:ии кремнезема: опал, хазщедо11, вулканическое стекло. 01-111 всту­
па1от при обыч:ной температуре в разруnrителы:�:ые для бето1{а реак­
ц1rи со щелочами цеме1-1та. В результате образуIОтся набуха�-ощие
студе1-11rстьrе отло)кения белого цвета r-ra поверхност11 зере1{ реакци­
онноспособ1-rого запол:в:1rтеля, появляется сеть трещив:, поверхность
бето11а местами вспучrmается 11 шелупппся. Разрушение бето1-1а мо­
Л<ет происхощrть через 10-15 лет после око:нча111,rя стро:ительства.
3.11. Коррозия арматуры в бетоне
Корроз1,rя металлов происходит пре1rмущественио по элеrсrрохи­
мическому меха1-r1rзму пр11 условии:
- нал:ичия разн:ости потенциалов 1-ra поверХI:�:ости металла;
- наличия электролит11ческои связи мел<ду участкаМI1 поверыrост:и металла с разными потенц11алам11;
- активного сос:гоянr-rя поверХI-rости на анодньrх участках, где
осуществляется растворение металла;
- наличия достаточ1-1ого количества I<ислорода, необходимого
для ассrш1шяции на катодньrх участках поверхности металла 1,rзбы­
точ1шrх электронов.
В )l<елезобетоне 1rз-за возмо)ю1ости возниrа.:rовеr-пrя в арматуре
электроJШт.ическои связи мел<ду участкам:и поверХI.:rости с раз.r1ыми
потен:циалами 11 достаточное содерл<а1mе 1шслорода мол<ет вызвать
V
V
81
корроз:ию арматуры. Это связа:но с тем, что физически связанная во­
да в я<елезобетоне является электроJШтом, т. е. провощrиком зарядов
мея<ду анодными и катодным:и участт<ами поверхности сташr. Коm1чество физ:ически связаrшой воды в бетоне при водонасыщеШiи за­
вис:ит от его пористости: чем выше пористость, тем выше количест­
во воды. В бетоне всегда достаточно влаги, необходимой для проте­
кания процесса корроз:ии стали. Кроме того, паровое пространство
бетона способно пропускать впоm-rе достаточное коm1Чество 1,исло­
рода для поддер)I<ания процесса корроз:ии арматуры.
Для со:храI-rения пассивности стали в бетоне 1-1еобходШv1 ее постоянньш контакт с порово11 )КИдкостыо, щелочн:ость которои доmкна :иметь
водородньIЙ показатель pI-I более 11,8. Пр:и:м:енеmrе активных rvrnне­
ральных добавок в )I<елезобетоне приводит к cr-rия<eiшro pI-I паровой
)I<Идкости, связывание гидроксида кальция значительr-10 интенсис}?и::ци­
руется при тепловой обрабо11<е, особеш-10 пр:и автоклав�rой. Введеrше
добавок хлористых солей таюке нарушает пассивн:ое состошп-rе ста.JШ в
бетоr-хе. Кроме того, нарушение пассивносnr стали в бетоне связаI-10 с
внеIIПППvrи воздеи:ствиями, в результате которых у поверыrости арматуры в бето1-1е падает pI-I паровой Я<ИДI<ости или появтпотся хлор-ионьr.
СRюкеrше рН бетона связано с уме�-rьше�rием коrщеr-прации Са(ОН)2,
которое МО)Кет произойnr шrбо вследств:ие ее вьr:мыва�-шя фильтру�о­
щейся через бетон или омьr:вю:{)щей его водой, шrбо в резут,тате ней­
трашrзации кист,rм:и )КИДI<остями :ишr газами (СО2, I-ICl, SO2).
Обеспе'(.шть сохрю:шость арматуры в бетоне мол<н:о повышеrшем
плоnrости самих бетон:ов, уменьшением их проr-r:ицаемости, повьппе�rи­
ем их защитных свойств путем введеrnrя иrm,rбируr{)ЩИХ и уnлоТНЯI{)­
щих добавок. Для цeмei-mrьrx и сишrкатньrх бетонов автоклавного твер­
дения, бетоr-хов на гшrсоцеме1-попуццолаI-1овом вюкущем сохранность
арматуры обеспечивается 1-1анесеrшем на арматуру специальньrх покры­
тий: цемеНТI-rо-б�ггумr-IЬIХ, цемеr-rгн:о-пошrстирот,rfЬIХ, цемеНТI-10латексr-rьrх.
V
V
v
V
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте основные положения теории твердения ВЯ)кущих
веществ. 2. Ука)ките виды пор в цементном камне и фаrсrоры, от кото­
рых они зависят. 3. Объясните физический смысл основного закона
прочности бетона. 4. Ука)l<Ите зависимости прочности бетона от главных
факторов. 5. Назовите классы бетонов по прочности и их зависимости от
средней прочности бетона. 6. Сформулируйте понятие о деформативных
свойствах бетонов. 7. Укал<ите марки бетона по морозостойкости и во­
донепроницаемости и методы их определения. 8. Назовите основные
виды коррозии бетонов и меры борьбы с ней. 9. Назовите основные при­
чины коррозии арматуры в бетоне и меры борьбы с ней.
82
ГЛАВА 4. РАЗНЫЕ ВИДЫ БЕТОНА
И СТРОИТЕЛЬНЫЕ РАСТВОРЫ
4.1. Определение состава тяя(елого бетона
При расчете состава бетона задаются :как минимум два показате­
ля: удобоутсладываемость (подвю1а-1ость :или жесткость) бетою-1ой
: прочность бето:на. Пр:и этом необходимо правильно выбрать
смес:и и
исход1-1ые материалы.
Мар1су цемента выбирают в зав:исимосп1 от проекn-1ой марк:и бе­
тона по npo'tffiocт:и. Чтобы получить бетон с минимальным расходом
вmкущего, необходимо соблюдать сооn1ошение Rц/R6 = 1,5-2,5.
Для расчета состава бетона устанавливах-от стандартные харак­
теристики приме1-rяемых материалов.
Количество воды затворе1-1ия находят в завис:имости от зада1-1ной
ясесткост:и или подвюк:ности бетонной смеси (см. рис. 2.3).
Вычи:сляют цемент11O-водное от1-rоше1ше по формулам:
для обычного бето:на (Ц/В = 1,4-2,5)
Ц/В = Rб !RцА + 0,5;
для высокопроч1-1ого бето:на (Ц/В > 2,5)
Ц/В = Rб !RцА1 - 0.5.
Расход цеме1-1та находят, зв:ая количество воды затворения и во­
доцементное отношение:
Ц=В/(В/Ц).
Ecm1 расход цеме1-1та на 1 м3 бетона окюrсется ме1-1ьше допускае­
мого по нормам, то количество его следует увеm-IЧИТЬ до требуемой
нормы, сохра�-Iив пре>ю-Iее В/Ц. Расход воды пр:и этом пересчитыва­
ют, 11сходя из увеличенного расхода цеме1-1та. Минималы-1ый расход
вmкущего для бетонных констру:rщ:ий - 200 кг/м3 , для железобетон­
в:ьхх - 220 кг/м3 :и конструтщий, работающих в агрессившхх средах, 250 кг/м3 •
Расход крупног0 и меmсого заполнителей определш-от :из еледующих полоясени11:
а) объем плопrо уложе1-rnого бетона (пр�:-пшмают в расчете рав­
: з
ш1м 1 м3 ишх 1ООО дм3) без учета воздушЮ:,IХ пустот слагается и
объема зepeI-I мелкого и крупного заполнителей и
: объема цеме1-п:ного
теста, запоЛНЯJ:ощего пустоты меясду зер1-1ами заполнителей. Урав1-1е­
ние� вырюкающее это пололсе1-rnе и 1-1азываемое урав1-1е1-rием абсо­
лют1-1ьхх объемов, моясет быть представлено в следу1-още:rv1 виде:
Ц/рц + В/рв + П/рп + Щ/рщ
83
= 1000;
6) пустоты меящу зерна:м1'I крупного заполнителя доляG.IЬr быть
заполнеr-1ы раствор1-rои часты-о с учетом некотором раздви)rаси зерен,
величина которой определяется коэффициен:том раздвююаr Кразд:
V
V
Ц/рц
+ В/ Рв + П/рп = Щ/ Рн Vrycт
Кразд,
где Ц, В, П, Щ - расходы соответственно цемента, воды, песка и кpyrrn:oro
заполнителя, кг/м3 ; Рц , Рв , Рп, Рщ- плотности этих материалов; Рн - насы­
панная плотность крупного заnоJШителя; Рв= 1. Vпуст -011-rосительный объем
пустот кpyrrn:oro заполнителя, определеннь1й по фopIVryлe
Vпуст
Кразд-
= 1 - Рн /рщ ;
коэффициент раздВИ)IQ<И, определяемый по формуле:
Кразд = 0,7 + 0,0024 ( Ц/ Рц + В).
Решая совместно при:веде1-шые вьШiе два уравнения, получаем
формулы для определения расходов (в кг/м3):
круд11ого запол1штеля
и песка
Щ = 1ООО /(Vпуст Краздl Рн) + 1/ Рщ
П = ( 1 ООО - Ц/Рц - В/ Рв - Щ/ Рн) Рп·
Tar<,ИJvI образом получеr-r расчетвьrй состав бетона в виде расхода
(кг/м3) компоне1-пов: Ц, В, П, Щ. Он мо)кет быть вы.раясен в отно­
сительщ,IХ еДИНIЩах (по отношеюпо I< массе цеме:нта): 1: В/Ц: П/Ц:
lЦ/Ц.
Для специальr-IЬIХ видов тяяселого бето1-1а, как правило, предъяв­
ляrотся требования не только по удобоукладываемости бето1-II-1ой
смеси и прочности, а татоке, например, по морозостойкости. При
этом сr-rачала определяrот расход воды по граф:ику (см. рис. 2.3), за­
тем значе�-r:ие В/Ц по формуле прочности бетона. Состав бетона с
требуемой морозостойкостыо определяrот исходя из макс:имальных
з1-rачений В/Ц, допускаемых 1-rормативными документами для дан1-10го бетов:а (например, для бетона FЗОО рекоме1-1доваr-rо В/Ц не выше
0,4; для: F200 - до 0,45; для F150 - до 0.5). Далыrейший расход :ис­
ходньIХ материалов определяrот по более :низкому з1-rачени10 В/Ц.
На производстве часто пр:именяют при приготовлеr-rи:и бетона
влroIG.IЬie заполшпели. l{ол:ичество влаг:и, содер)!сащейся в заполнителях, доmкnо учитываться пр:и определении деиствител:ьного
расхода воды. В этом случае про:изводят коррект:r,rровку состава.
Вr1ачале определяют содер)!сани:е воды в песке (Вп) :и щебне (Вщ)
по формулам:
84
Вп = п dп; Вщ = щ dщ,
где dп и: dщ -вла)юfость песка и щебня (гравия). Затем устанавmmю-от
действ:ительный расход воды: Вд = В - Вп - Вщ. Поскольку часть мас­
сы влa)IG-IЬIX заполнителей составляет вода, необход:имо увеличить
их массу, чтобы обеспечить поступление в бето.н получев::ной расче­
: щебня увелич:ива:�:от
том массы твердого материала. Расход песка и
на массу воды, которая в них содерл<Ится, т. е. их расход в производ­
ствеrmом составе будет соответствешrо равен
Пд = П + Вп ; Щд = Щ + Вщ.
Расход цеме:нта при дашrой корреr<тировке состава сохршrяется
н:еизмеr-Iным.
Прr1 загрузке цемента и запол:нителя в бетоносмеситель их пер­
воначальr-rый объем больше объема получаемой бетонной смеси, так
как при перемеши:ва1-п111 происходит как бы уплотrfе:ние массьr: зер1Iа
цеме1-rта располагю-отся в пустотах мел<Ду зернами песка, зерна пес­
ка-ме)Кду зернами щеб:r-rя. Для оцеюа,1 объема получаемой бетонной
cмecir �rспользуr-от так называемый коэфс]?ицие1fт выхода бетона р
Р = 1000 / (Ц/рц + П/рп + Щ/ рщ)
Влиш111е воды при определении коэффициента выхода бетона не
уч�rтывают, так KaI< вода сразу )Ке попадает в пустоты твердьхх мате­
р�rалов 11 r-ra их перво:начальный объем не влияет. Одriако пpir опре­
деле:нии коэффициента � для производствен:ного состава �rспользуr-от
плотIIость вла)КНЪIХ заполнителеи, так как последняя может заметн:о
отличаться, особенно для песка, от плотност�r cyxxrx заполв:ителей.
Коэфф�rциент вьIХода бетона зависит от состава бетона и свойств
используе:мь�х материалов :и колеблется от 0,55 до 0,75.
При расчете расхода материалов на од�rн замес бетоносмесr1теля
принимаrот, что сумма объемов цеме1fта, песка и щебня (в рыхлом
состоянии) соответствует емкости барабаrfа бетоносмесr1теля. Тогда
объем бетона Vз, получаемый из одriого замеса,
Vз = � Vбс,
u
где Vбс-емкостъ бетоносмесителя
Расход матер�rалов r-ra замес бетоносмесителя определяют с учетом
получаемого объема бетона: цемеr-rга ДЗ = Ц Vз; воды Вз = В Vз; песка
Пз = П Vз; щеб1-1я Щз= Щ Vз.
4.2. Определение состава бетона с химичесн:ими добавками
С кюкдым годом расширяется номе:r-пшатура добавок, �rсполь­
зуемьIХ для улучшеr-шя свойств бетоr-111ой смеси и бетоr-rа. Однако это
85
не тре·бует приме1-rе1-rия для кюкдого вида добавок особых методов
проектирова�-rи:я его состава. Определен:ие состава бето1-rа в этом случае производят 1-ra ос1-rове едино:и методики, рассмотре1-rнои вьппе, с
учетом влияни:я добавок на ос1-rов1-1ые зав:исимост:и «состав­
свойство», используемые в расчетах. Пр11 этом уч!i1тыва1от, что до­
бавки 1-re изме1-�я1от характера зав1i1симостей, в чacтr-rocтlir зав1i1симо­
стей подви>кност11 бетошrой смеси от расхода воды и прочности бе­
тона, от активности: цеме1-1та и цементх-rо-JВодного от:ношен1,rя, а толь­
ко измен:m-от количественное соотноше1-rие мелщу раз1-1ыМI1 фа�,тора­
ми. Beлw-m1-ra подобr-rых измене1-mй зав!irсит от дозировки добавки liI
мо>кет быть учте1-rа 1-ra ос:нове рекомендад!iIЙ, содерл,ащихся в теХI-I!iI­
V
V
ч:еских условиях, или :инструrщ:ии по примене:ниr-о данной добавки
m,rбo установле1-1а по результатам предвар11телы1ьrх опытов.
На рис. 4.1 показано влИЯI-IИе добавок пластифш,атора и супер­
пластифиr,атора 1-ra заВИСJiIМОСТЬ ПОДВИ)КНОСТИ бeтOI-II-IOЙ смеси от
расхода воды. Введен!irе добавок способствует повышеншо подвI-DК1-1ости смеси, уме1-IЬшает расход воды, необходимой для получения
равНОПОДВИ>I<FIЬIХ смесей, однако OCJ:IOBI-Iaя ЗавJiIСИМОСТЬ ок = f (В)
имеет оди1-1аковый характер и в обыЧI-rом бетоне, и в бетоне с добав­
кам!ir. Изменяются только додоже1-rие кривой и
: соотЕет.ствен:но поду­
чаемь1е по 1-rей коJШЧественные результаты. Если известно, что добав­
ка умеr-rьшает водопотребность бето1-mой смеси 1-ra 1 О 1,rли 20 %, то
MO>KI-IO постро�rть соответствуrощие кривые и: по ним определять рас­
ход воды, требуемо:й для получения задаю-�ой подвИЖJ:rости смеси.
01(, см
l
2
З
+--+�--+---l-'7"1
8t----t----t----Н-�61----t----t----7"'"-t----:,,,f---+----:;,t<---i
4t----t----7'Ч----+-r---t---t--,,"--t-----i
21------+--,,'--l---r----.J----Ч----4----1
130
140
150
160
170
180
f90
В,
JC?.�W3
Рис. 4.1. Влиште добавок на водопотребность бетонных смесей.:
1 - бето1-rn:ая смесь с суперпластификатором; 2 -то )Ке с добавкой ЛСТ;
3 - то )I<e без добавr<И
Пр11 введеrmи комплексных добавок вЛИЯimе их на водопо­
треб1-rость бето1-пrой смеси MO>IiliO оцеmrвать по виду JiI доз!irровке
пласnrфицирующего компоне1-rта. Пpir введе:н11�r ускорителей твер­
де1-rия орие1-rтировоЧI-rо считают, что завис:имость подвI-I>КI-Iости смеси
от расхода воды в этом случае не изме:няется, и расход воды опреде­
ляют по рекомеr-�дац:п:,rям для обычного бето1-1а без добав1аr.
86
В бетонной смеси пр:и расходе цемеrпа 200-450 кг изме1-1е1ш:е со­
деря<аrш:я цемента практически так мало сказывается I-Ia изменении во­
допотреб1-rости, что этим вЛИЯI-m:ем пренебрегают. В этом случае гово­
рят о зако1-1е постоянства водопотребност:и бетонной смеси:. Введеrш:е
пластификаторов : и суперпластифm<аторов не нарушает этой законо­
мерности, но :измеr-IЯет количественное значение водопотребности и
предель1, в которых проявляется эта зав11симость (рис. 4.2). Введение
этих добавок н:е толъко умешшает водопотребность бетош-rой смеси, но
и смещает верХI-IИЙ предел в сторону болъших расходов цемеrпа, т. е.
зако1-1 постоянства водопотребност:и бетоr-rшrх смесей сохраняется пр11
веде1ши пластификаторов до расхода цеме1-rта 500-550 кг/ -ы?, при вве­
деr:rюr суперпластифю<атора до 550-600 1а:/-ы?, поэтому при высоких
расходах цемента в этом случае не I-Iaдo вводить дополнительнуrо дозу
цемен:та, которая рекомендована для бетонов без добавок.
В, к;,/..,12
200
180
"- ....
160
2v
"-
/
V
V
'--
140
100
200
300
400
500
Рис. 4.2. Влияние
суперпластифm<атора
на зависимость водо­
потребности бетоннои crvrecи от расхода
цемента: 1 - бетон с
суперпластификатором; 2 - бетон без
добавки
600
Ц, 1,г/.нЗ
Характер завtrсимост:и прочн:ост:и бето1-1а от цеме1-rТI-rо-вод�-rого
от:аошеr-m:я пptr применении х.иrvrическ.их добавок таrоке не изме1-IЯется.
Введение пластифш<атора и суперпластификатора МО)I<ет несколько
измеr-шть полол<енtrе кривой R6 = f(Ц/В) по срав1-1ению с кривой для
бетона без добавки. Если добавка прtrводит к дополнителыrому воз­
духововлечен:юо в бетоннуrо смесь, то прочность пptr одr-rом и том я<е
Ц/В в:есколько понил<ается. Если )Ке добавка способствует получе1-IИЮ
более плоnrого цементного камня, то прочв:ость 1-rec1<0Jrькo rrовышает­
ся, а соответственно кр11вая R6 = f(Ц/В) располагается выше кривой
для обычного бетоr-rа. (рис. 4.3). Полол<е1-m:е кривой или значение ко­
эффициентов в формулах прочности бето1-rа МО)Кет быть установлено в
результате предварителыrьrх 11спытrо-m:й. При определении состава
бетона МО)КНО Ji'IСПОЛЬЗОВаТЬ вьШiеприведе1-п-:п,1е формуль1, а BOЗMO)I<­
I-IЬie изме1-1ения проч�-rост:и бетоr-�а учитывать пoпpaвoЧI-IЬllvf коэффици­
е�-rтом К2 = Rдоб !�. Если добавка не вm,rяет I-Ia прочность бето�-rа в воз­
расте 28 сут, то коэффищrе1п К2 = 1.
87
R
1
2
-
Рис. 4.3. Влияние суперпластифика­
тора на зависимость прочности бето­
на от Ц/В: 1- бетон с суперпласти­
фm<атором; 2 - бетон без добавки
�
Ц/В Ц/В1
Ц/В
Введение пластифш<аторов и суперпластиф1п<аторов расширяет
об ласть, в которой 1-1абтодается прямолин:е:й1-1ая зав:исимость: проч1-rости бетона от цемеНТI·IО-ВОДI-IОГО отношенr,ш. Для бетона с пласти­
фикаторами и:зменеr-rnе прямолинейной зависимости наступает при
Ц/В > 3,3, а для бето1-rов с суперпласт1rфи1<аторами - при В/Ц > 4 (см.
рис. 4.3). Это влияние добавок 1-ra свойства бетоr-rов при высоких зна­
чениях Ц/В позволяет использовать при расчете высокопрочных бе­
тонов формулу:
Rб = А Rц (Ц/В-0,5),
т. е. производить расчет обыч1-1ого и высокопрочr-rого бетона по еди1-rой формуле проч1-rостr1.
Если расход цемеr-rта при пр:иготовле1-п1и бето:на остается не:из­
ме1-п-IЬ1м, то суммарное влиян1rе добавок пластифr1катора ишr супер­
пластифш<атора :на свойства бетона складывается 1rз влияrшя их на
плопrост:и цементного камня и тем самь1м на повыше1-rие прощ.rости
бето1-1а (пр:и постоmшом В/Ц), что учитывается коэффиц1rентом К2 и
из эффекта, достигаемого за счет снюке1-п,ш расхода воды и повыше1-пш вследств:ие этого Ц/В. На р:ис.27 подобr-rое измене1-п1е прочност1r
и:лm-остр11руrот отрезки ЛR 1 11 ЛR2.
Определе1-п1е состава производят в такой последовательност:и:
1. По известным табл:r,щам или графш<ам для обыч1-rого бетоr-rа
определяют расход воды в зав11симости от требуемой подв:юк1-1ост:r,r
бетоr-п-rой смеси: и: затем устанавm1ва1от расход воды В 1 для бето1-1а с
добавкой:
В1 =К1 В,
где К1 принимаrот в соответстви:r,r с вышеприведен1-rым1r рекомен­
дациям
: :и.
2. Определшот значен11е Ц/В:
88
Ц/В = R5 ! К2Rц А + 0,5.
3. Определяют расход цемента:
Ц= в ·Ц/В.
4. Определяют по известв:ым формулам расходы щеб:ня и песка.
При: этом коэфф�щиент раздвИ)Iа<И при приме1-rен�rи пластифици­
рующих-воздухововлека1ощих добавок МО)КНО прИI-rимать на 0,1 ...0,2
больше, чем для обычного бетов:а. Это обеспеч�mает лучшуr-о одв:о­
родr-rость и связI-rость материала.
Полученный состав бетоr-rа проверmот в пробных замесах.
4.3. Высокопрочный бетон
ВысоI<опрочr-rый бетон с R = 60-100 МПа получа1от r-ra основе
высокопроч:ных заполнителей (r-1апример, irз ди:абаза или базальта
без содержаю,rя слабых зерен, низкой водопотребности) и портланд­
цемента (активr-rостью более 50 МПа с по1-rюкеr-11-1ой r-rормальr-rой гус­
тотой), с н:изким водоцементным отношением бетонной смеси за
счет использоваr.:rия суперпластификатров и I<омплексньrх добавок.
Малоподвижные fI )I<есткие cмecir (с низrmми В/Ц=0,27-0,45) пр�rго­
товЛЯiот в бетов:осмесителюс' принуди:тельного действ1-rя (r-rапример,
турб�п-II-rых). Для плотr-rой укладr<И этих смесей при формовании 1-rз­
делий ir конструкций используют ИI-Iтенсивное уплот1-rе1-ше: в�rбри­
рование с пригрузом, двойное вибри:роваrrие, сильное прессование.
Однако при низких В/Ц (1-шже 0,4), когда моя<ет не хватать воды для
гидратации цемеr-rта, появляется опасность возш11<Новения вr.:rутреr-1н:ей усадrа1 бетоr-rа и, как следствие, его растрескивания. Эта усадка
получ�ша термиr-r аутогеr-rной. Поэтому для высокопрочI-IЬIХ бетонов
класса В80 11 вьппе применяют так называемый «внутрен:н�IЙ» уход,
I<оторый подразумевает введе:н�rе в бетоНI-rуIО смесь компоне1-rтов,
слуя<ащих аге1.:rта1vп1 для последу1ощего ухода. В качестве таких ком­
понентов используются пуццолан:овые добавки: микрокрем:незем,
зола yr-roca, метакаоm11-1, обоюкеr-II-rые слаrщы, глИI-IЬI и тоr-п<омолотые
легкие заполш1тели. Для предотвращения самоусушки нашли пр11мев: ен:ие пол�rмеры с суперадсорбционной способносты-о. В процессе
перемешивания бeтor-II-roй смеси частицы суперадсорбента адсорб11руют огро:м:ное I<оличество воды 11 образу�от миr<ровключения, со­
держащие свободвуr-о воду. Эта свободная вода используется в про­
цессе гидратации цемента, обеспечивая внутре11юIЙ уход за твер­
деr-ощим бетоном.
Значителы-rо облегчают уплотr-rение супер- 11 гиперпласти­
ф:икаторы, позволяr-ощие получать л:итьrе бетоr-rные смеси и не пош,r89
жаrощи:е проч1-1остт1: бето1-1а. Высокопрочн:ь1е бетоr-rы явшnотся, как
прав1mо, и: быстротвердеiощи:ми. Однако для ускореш1ого достюке­
ни:я отпускной проЧI-rости бето:на в изделиях обычr-10 требуется теп­
ловая обработка, которая может проводиться по сокращеmrому pe­
)IGIМy. I-Iовые особо быстротверде1ощие цементы дают возможн:ость
обойтись без теrmовой обработта1, так как бетон достигает Н)')КНОЙ
прочности в «естественных» условиях тверде1-п,rя при температуре
20-25 ° С. Пр:именение высокопрочных бетонов взамен бетона М400
дает возмо)КI-Iость уме1n,ш:ить расход арматурr-rой стали на 10-20 % :и
сократ11ть объем бетона н:а 10-30 %.
Тmкелый бетон хорошо сопротивляется поверхностно1'.rу износу,
что :вм<1-rо для цемеI-rтно-бетоrmых дорог и полов nромышле1-1ных
зданий. Хорошие защиn-rые свойства прот�rв радиоакт�rвных излучеш1и предопределяют его шr,rрокое примене1-ше в конструкциях
биолог11ческой защиты aтoмrn,rx реакторов.
V
4.4. Бетоны высокой морозостойкости
Бето1-rь1 высокой морозостоЙI<:ост�r (более F200) применя1от для
тех частеи сооружении, которые находятся в зо1-1ах перемеr-п-rого
уровня гидротехнических соорулсений, конструкциях )Келезобетон­
ньrх градире1-r, цеме:1-rт1-rо-бетонньrх дорог и аэродромов, работаrощих
в суровьrх климатических условиях.
Морозостойкость завис:ит от качества исходных матер11алов, со­
става бетона и тщателы-rости производства работ, которые :и опре­
деляют структуру бетона. Рекомендуется пр�rменять сульфатостой­
юш портландцемент. В этом цементе содер)кится лишь небольшое
коmrчество трех�сальциевого ашомината (до 5 %), с1-rи)ка1ощего моро­
зостой1<ость. В неrо :ае вводят минерал;ьные добавrm (кроме гипса).
Залоm-rител11 доюкнъ1 быть ч11сть1е: промъrтый кварцевый песок, ще­
бень из плотньrх изверя,е1-rных горных пород с водопоглощением 1-re
более 0,5 % (по массе).
Реша�ощее значе1-11rе 1-ra морозостойr,ость оказы.вает структура
бетона, 11 прежде всего кал�mлярная пор:истость. Поэтому ваяа-1ей­
пшм требован�rем 1с составу бетона является ограничение велиЧI-п-rы
В/Ц в зависимости от суровост�r работы бетона в той ил�r иной зоне
соорркенr,rя: а) для бетоr-rа с требуемой морозостойкостью F5 00 ре­
комендуется при:н}rмать В/Ц :не более 0,4; F400 - не более 0,45; FЗОО
- не более 0,5; F200 - 1-1е более 0,55.
Для повышения морозостойкости бетона применяют добавки
(суперrmастификаторы, г11перrmастифюсаторы, гидрофоб�rзаторы),
которые повышают rmотность бето1-rа, снюкая кammляpI-JYIO порис­
тость. Морозостойкость бетона повышают путем пpirмe1-1e1n,rя воздуV
V
90
хововлекmощих добавок (типа СНВ, СДО), которые создюот резерв­
ну10 пористость в объеме 4-6 %, име1-ощую размер от 0,005 до 0.1 см.
Эт:и поры не залолняется водой при обычном насьпцении, но могут
залолняться водой под давлением образу�:ощегося в порах льда, вы­
полняя роль своеобразного демпфера.
В суровых условиях эксплуатации, налример, в условиях
Крайнего Севера, где летом МО)I<ет бьпь +40 °С, а зимой -65 °С пе­
репад температуры составляет 105 °С, что МО)Кет вызвать появле­
в:ие внутреннего растрескивания бетов:а :из-за несовместимости
температур1-1ых деформаци:й компонентов. Однако термические ко­
эффициенты m11-1ейного расширения крупного заполн:ителя и растворнои составлшощеи молсн:о регулировать путем изме1-те:ния теплового расшире1-1ия растворной составлтощей при помощи песка. С
этой целью использутот дроблев:ые пески из разm,rчных горных по­
род, металлургические шлюси и т.д.
Для зв:ачительного повьппения морозостойкости лселезобетоmтых
конструтсци:й целесообразв:о проrrnтывать бето:ны составами способны­
ми полимеризоваться в порах бетона ( мономераrvrи ттша стирол, ме­
т:илм:етакрилат, а тюоке технически:м:и расти.тельными маслами).
V
V
4.5. Крупнопористый бетон
В состав крупнопористого (беспесчаного) бетов:а входят ГJ.)авИЙ
или щебень крупт-1остью 5-20 мм, портландцемент или шлюсопорт­
лан:дцеметп и вода. Средняя плотность бетов:а составляет 1700-1900
кг/м3, прочность 1,5-7,5 МПа и теплопроводность 0,5-0,8 Bт/(:rvr· C).
Из крупт�топористого бетона возводят в:аружвьте стен:ы зданий :и из­
готовлтот крупные стеновые блок:и. Стет-п,т из крупт-rопористого бе­
тона оm.тутсатуриватот с двух сторон, чтобы устранить продувание.
При применении в качестве залолнителя керамзитового гравия
крупнопористый бетон со средней плот1-тостыо 500-700 кг/м3 используется кюс теплоизоляциою-п,ти материал.
0
4.6. Бетон, упрочненный воло1,нами
Армирование бетона, цеме1-rт1-rых и гипсовых растворов тот-rкими
неорганическими и органическими волокнами (из металла, стекла,
пропилена и др.) существенно улучшает прочностные и деформа­
тивные характеристики материала, повышает сопротивлет-rие обра­
зованию треЩI-m. Налр:имер, :использовашrе корот�аrх сталы-1ых во­
локон для дисперст-rого армирования цемеНТI-IЬIХ бетонов увеличива­
ет прочность на растялсе1-rи:е в 2-3 раза, на изгиб - в 4-5 раз, на с)ка91
тие - в 1,5-2 раза, ударную проч:ность - в 1О и более раз, сопро­
ти:вление истирm-1и1-о - в 2 раза. Дисперс1-10-армированный бето1-1
(фибробетон) представляет собой композицио1-11-1ый материал, уп­
рочнен1-1ый волокнами. В 1-:rем невысокая проч1-1ость на растя)кение
и пластичность матрицы (бетона) сочетается с высокомодульным
волок1-1ом, облада1-ощим высокой проч1-1осты-о 1-1а разрыв. Эффек­
тив1-1ость армирова�-1ия короткими волокнами зависит от 01Jиентаци:и волоко�-r к деистви10 растяг:иваr-ощих усилии и при перпендикулярr-1ой ориентации составляет 40-50 %, а при объемно­
произвольной лишь около 20 % по отношени1-о к параллельной
ориентации. Волок1-1а препятствуют развити10 усадочных трещин,
их наличие повышает прочность сцепле:ния стер:>1<1-1евой арматуры
с бето1-1ом примерно 1-1а 40 %.Волокна доляшь1 быть стоЙI<имт,r в
щелочной среде цеме1-1тного раствора или бетона. В зависимости
от конструкций применя1-от волокна: ми1-1еральные (стекля�-rные из бесщелочного стекла, базальтовые, l(Варцевые и др.), металли­
ческие (преимущественно из обычной или неря<аве1ощей стали),
си�-rтетические (пропиленовые, капроI-Iовые и др.). Фт,rб1)обетон
стремятся использовать в сборных и монолитных конструкциях,
работа1ощих I-Ia растя:>ке1-I:ие и изгиб и воспри11:имающих ударные,
зr-1акоперемеr-1ные и вибрацио�-II-rые 1-rагрузки. Имеется опьrт прт,r­
менеr-1ия дисперс·но-армированного бетона в бетонных трубах,
плт,rтах-оболочках, в конструr(циях тоннелей, покрытиях дорог и
взлетно-посадочных полос аэродромов и др.
�
V
4.7. Высококачественный бетон
В ме)кду1-rародr-1ой строителы-1ой практике появилась кон:цепция
получеrmя высокоr<ачествеirЕЬrх бетоно:в, в котор:ь:rх одновремеr-п-rо
сочетаются высокая прочность бетонов (60-120 №Ia и выше), моро­
зостойr(ость более F400, водонепроницаемость свыше W = 12, исти­
раемость менее 0,4 г/см2 и т.п. Интенсивная технология высококаче­
ственных бетонов осr-1овывается 1-ra управлент,IJ,r структурообразова­
нием бетона на всех стадиях его прот,rзводства, вк.mочая механохи­
мическуr-о активацш-о. Для этого используr-отся высокачествеr-1ные
вяясуrцие вещества, модифт,п(аторы структуры· т,r свойств бетонов,
активные дисперсв:ьхе 1-Iапоm-rnтели, расш:иряr-ощие добавки. Высоко­
качестве1-II-1ые бетоны напши примене1-rnе в суровых условиях экс­
плуатации, 1-1апример, при изготовлении платформ для добычи нефти
в север1-1ых морских месторол<Дениях, при строительстве мостов с
рекорднои длm-1ои и т. п.
V
V
92
4.8. ДороЖI1ый бетон и бетонны.е покрытия
Доро)Iа-1ый бетон прещ1аз1-1ачен для ос:новаr-rий и покрытю1: авто­
мобилы-IЬIХ дорог и аэродромов. Покрытие работает на изгиб как плита 1-1а упругом основав:ии, поэтому основнои прочн:остнои характеристикой бетон:а является проектная марка н:а растяжсе1mе при изrn­
бе. Крупный заполнитель (щебеш, гравий, щебень из шла�са) обя­
зательно проверяют на из1-1осостойтсость в полочном бараба�-1е; 01-1а
нормируется в соответств1ш с назначением бетона. Бетон дopo)I<II:ЬIX
покрьпии подвергается совместному деистви1-о воды и мороза при
одновременном влиянии солеи, :использующихся для предотвращения
обледенеrшя и облегче1-rия очистки дорог ото льда. Поэтому бетон однослошIЬrх поrсрьmrи и: верхнего слоя двухсло:иньrх поrсрь1ти:и доmкен
иметь необходимУI-о морозостойкость: в суровом rаrимате - не нюке
F200, в у1Niереш-1ом - F150; в МШ1сом - Fl00. Чтобы получить морозо­
стоЙI<ИЙ бето1-1, применяют портландцемент М500 с содер)Iса1-1ием
трехкальциевого аmомш1ата :не более 1О %, гидрофобный и пластифи­
цированный портландцемент, а В/Ц бетона ограничивrоот пределом
0,5-0,55. Бетон: OCI-IOBa.IlliЙ дорО)IG-!ЫХ ПОiсрытий I1ЗГОТОВЛЯЮТ на порт­
ландцеме1-пе МЗОО и М400 и пшаrсопортлаJ-щцеме1пе. Начало схваты­
вания цеме1-па доm1а-10 быть не ранее 2 ч, поскольку дорожньIЙ бетон
1:rередко приходится перевозить на больпmе расстоmmя. Бетонн:ые по1срыти:я полов промьшше1-пrьIХ зданий могут бьпь мо1-1олит1-rыми: и
сборI-IЬТh1И. Бетон для пола ДOЛ)ICeI-I хорошо сопротивлят.r,ся действию
истираrшя. При прочности бетона выше величины, 1-1азъrваемой <Фо­
рогом вьпсрашивания» и равной 30-40 МПа, зерна запо.JJJIИтеля почти
не вьпсрашиваются и основ1-1ым фактором, влияющим на истирае­
мость, в этом случае является твердость запоmrителя. Использу�-от
твердые заполюпели из граrmтов, диоритов и других извер)КеimьIХ
горных пород. Искусственньrе запоm-�ители повышеЮiой вязкости и
изн:осостошсости: получаЕот путем переплавки н:екоторых горньrх пород, а таюке и:з металлургис-1еских шлаков. Для повьппения плотности
и: изr-1осостоЙI<ости верхнего слоя покрьпия втрамбовыва1от в све)Iсе­
уло)кею-IЬIЙ бето:н порошок, приготовленньIЙ из твердьIХ матер:иалов корУfiда, карборJI-ща и т. п. Из1-1осостойкость бетоmrого пола сильно
возрастает при по1срьпии его, 1-raпp:r,wep, эпоксищ-1ыми полимерами,
которые заrцищают бетон одновреме1-п-10 и от химической коррозии.
V
V
V
V
V
v
V
V
V
V
4.9. Малощебеночный бетон
Во многих регионах наблюдается нехватка ко:ндиЦ¾онного щеб­
ня и гравия для тюкельrх бетонов. Частичr-10 воспошrеть дефицит
крупного заполнителя MO)Ia-Io путем использоваrmя бетонов с пoни­
)IceI-II-IЬTh1 содер)канием дорогостоящего привозного щеб1-rя и rрав11Я (ме93
в:ее 1200 I<Г на 1 м3), так назы:ваемътх мaлoщeбeI-IOЧI-lliIX бетонов. Oщrar<o
снюкеr-пrе круm-rого заrrоm-пrгеля в равноподвюю-IЬIХ смесях приводит к
снюкеr-ппо предель:ного напр.юкеr-mя сдвига и: вязкос111 бетонной смеси.
Поэтому для один:аковьтх условий упло11:rе1mя бетоm:rьтх смесей мало­
щебеr:rощ-п,те бетоm:rые смеси могут быrь более )КеС11<.:ИМИ, а следова­
тельно, и расход цемента в них будет пor:rюкernIЬIЙ.
На графике (рис. 28) показана зав:исимость структурной вязкости
бетон1:rой смеси от доли песка в смеси запоmштелей, которуrо мояа:rо
раздеm1ть на три характерные зоны: I 11, Па-с
- 0,39 ... 0,5; П - 0,5...0,7; ПI - более
300
0,7. В первой зоне на снил<е1-rие
струr<тур1:rо11 вязкости вm1Яет, глав250
1:rьrм образом, раздвюю<а зерен круп11ого заполнителя растворнои составJ
200
ляrощей, что резI<О снюкает эффект
'
«стес1-1е:н11ого потока». В 1J.)етьей зоне
!\
150
н:аблrодается увеличение структур1-1ой
,,,,V
'
1 1
вязкости благодаря опере)I<аrощему
1
'
i i
100
возрастаr-пп:о суммар11ой поверхности
0,2 0,4 0,6 0,8
r
зере11 заполнителя, :и, как следствие,
уменьшеншо толщиr-п,1 обмазки за­
◄ 1 ►◄ 11► ◄ 111 ►
полнr1теля цеметm,rм тестом. Вторая
Рис. 28. Зависю.,rость струкзона характеризуется тем, что 1q)ymrьш
запоmштель оказывает незr-rачительное турнои вязкости от доли песка
в смеси заполюrтелей
влияние r-ra стесн:ение потока, а возрастание суммарн:ои поверхности еще не отрал<ается 1-ia струrсrур11ои вязкости бетонной смеси. Следователь1-�о, оmимальн:ая доля песка в смеси
заполнителей в малощебеночньтх бетоr-rах доmкна находиться в преде­
лах 0,5-0,7 (около 700-1000 I<Г на 1 м3).
V
7
"
1 1 1
1
V
V
v
4.10. Бетон литой консистенции
Для приготовления литьтх бетоm-rьтх смесей необходим большой
расход воды затворения, что требует особого ВНИМа.I-IИЯ по предупре)К­
де1-п-по возмол<11ости расслоения бетоЮiой смеси. Для этого используrот
цементы с высокой водоудерживающей способ:ностыо (быстросхватываrощиеся с повьШiенно:и тою<ость1:о помола и оmимальr-rои гранулометрией), эффективные пластифицирУJ:ощие, воздухововлекаrощие и
водоудеря<ИВаrощие добавки ( суперпластифш<аторы, дисперс1-rь1е 1-rа­
полнитеJШ, мш<рокремнезем, зола, органомю-rеральные добавки), а таr<­
)Ке бетош-rые смеси с повыuтенной долей песка в смеси зало.mелей и
с водоцеменn:rьIМ отr-rошением цемеr-rтного теста в бетоr-rной смеси (W),
V
V
94
не превьШiающим водоудер)rсивюощую способ1-rость цемента. Литые
бетонньrе смеси эффективr-�о применять при бето1-шровании густоар:ми­
рованньrх. r<ов:струrщий, так как они способствуют значитеm,1-rому со­
кращешп-о трудоемкости и сроr<:ов изготовления.
4.11. Мелкозернистый (цеме11тный) бетон
Меm<озер1-rистый (цеменгный) бетон прrшеняrот при изготовле­
нии тонкостен1-rых, в том ч:исле армоцементньrх., I<онструкций. Его
целесообразно использовать и: для обычньrх. )Келезобетою-�ьrх. конструкцmr, когда на месте 1-rет круп1-1ого запоm-Iителя, а ввозить его
далеко и дорого.
Меm<озернистый бето1-r имеет слитное строение, т. е. когда це1v1ентного теста хватает заполr-шть пустqты пес1<а, поэтому он отли­
чается от обычв:ого тmкелого бетоr-�а большим coдep)rcam,reм цемент­
ного камr-rя, отсутствием )кесткого каменного I<аркаса, соответствен­
но его усадка и ползучесть несколько выше.
Свойства мелкозернистого бетоr-Iа опредешпотся теми л<е факто­
рами, что и ТЯ)келого бетона. Однако применение раз1-rых цемеr-�тов и
песков и раз1-rообразие теы1ологичес1а,rх приемов приготовле1-1ия и
уплотнения мелкозернистого бетона изменяет зависи:мость прямой
R6 = j(Ц/В) по сравr-�ени:ю с обьrчr-�ым бетоном, что учитывm:-от соот­
ветствуr-ощими коэфф�щиентами в формуле прочв: ости: бето1-�а:
V
Rб = АRц
{Ц/(В + ВВ) - 0,8,
где В, Ц- соответственно расходы воды и цемента, кг на 1 м3 ; ВВ - объем
воздухововлечения, дм3 ; А - эмпирический коэффициент, для материалов
высокого качества А = 0,8, среднего качества - 0,75 и низкого качества 0,65.
Меm<озернистый бетоI-I обладает повышеr-rной про-с.rв:осты-о при
изгибе, водонепроrmцаемость10 ir морозостойкость:�:о. Поэтому его
МО)КНО использовать для дороЛ(НЪIХ. покрытии в раио1-rах, где 1-rет хорошего щеб1-rя, для труб и гидротехr-rичес1а,rх coopJ)кermй.
V
V
4.12. Бетон для защиты от рад1-1оа1<:тивных излучений
Данr-rьrй вид бетона примеюп-от при соорркении атомr-rьrх. электро­
ста:�:щи:й, предприятий по выработке и переработке :изотопов и т. д. Он
является особо тmкеm,хм б.ето:ном, одновремеrшо слул<mцим для биоло­
гичесi<ой защиты. Из всех радиоакти:вньrх. излучений: ущ,rтываr-от прак­
тически у-излучения и нейгроr-rы, так как зарmкею-rые а- и �-частицы
имеr-от пробег в бетоr-rе, не превышаr-ощий 1-rесколько :м:и.т.rJIШуfетров.
95
Защиn:�:ь1е свойства бетона определmотся в ос1-1ов1-1ом Шiотность10 :и
содер)канием связа1-п-1ой водь�, явлmощейся замедmrгелем :нейгронов. Бе­
тоны для биолоГИСiеской защиты изготовЛЯiот с пр:имен:ением портланд­
цеме1-rга, шлакопортландцеме:нта и глинозеJ:v.1Истого цеме1-rга. В качестве
запоm-mтелеи использутот тюкелые природнь1е или :искусстве1-п-п,1е материаль1: )!<елезl!Ь1е руды - магнетит, гематит, mrмониг; чугут-п-п,п,r и сташ,ной скарп; чугут-п-п,1е шарик11, дробь; барит. Для повышения заrциТI-п,rх
свойств бетона в н:его вводят добавки веществ, содержащих бор, литий,
которые хорошо поглощаrот неитро1-1Ь1.
Средняя плот:ность таких бетонов 1-rа:ходится в пределах 3 0005ООО кг/м3 , а проЧI-1ость 10-40 МПа.
V
4.13. Жаростойкий бетон
При воздейств:r,m высокой температуры на бето1-1 1-ra ос1-1ове порт­
ландцемента про11сходит разло)ке1ше гидрос:r,шикатов и п,rдроаmоми:на­
тов кальцт,rя, в результате чего образуется свободная окись кальция. О:на
опасна тем, что при возде�,1ствш1 влаги п1дратируется с yвemrqe1-rneм
объема и вызывает растрескиваr-ше бетона. Поэтому в )Каростойкие бе­
ТОI!ЬI на основе портландцемеr-rга вводят материаль1, содер)каrцие актив1-п,п1 кремнезем, которьп1: реаrирует с СаО при температуре 700-900 °С и
в результате реакции, происходящих в тв ердом состоянии, связьmает
окись кальция. В качестве добавок примеFооот пемзу, золу, доме1mьIЙ
rpaнyлиpoвafllffiIЙ шлак, шамот. В качестве меm<ого и круш-rого запол­
r-штеля применяют огнеупорI!Ьiе материальr: шамот, бой огнеупорного
магнезитового 1rnpmrчa, хромит и т.п. Наряду с портландцементом использутот глиноземистыи цемент, растворимое стекло и специаль1-IЬп1
пер:r,п<ЛазовьIЙ цемеш. Жаростойкие бетошr, используемые для дьтмо­
вьrх труб, футеровоI< печей и проч., подразделmотся на следующие
rpynm,r: высокооп-1еупор1:�:ь1е выше 1700 °С, огнеупор1-IЬ1е в пределах
1580-1770 °С и )Кароупорнь1е с ог1:1естойкостью r-rюке 1580 °С. Мар1а1
)!<аростоЙI<ИХ бетонов от 15 до 70 МПа.
V
'V
V
V
4.14. Кислотоупорный и щело1.1естойкий бетонны
Вюкущим для кислотоупорного бетона яв:r.rяется растворимое
стекло, представляющее собой силш<ат 1-1атрия 11ли калия; примеr-тя­
ется оно в виде водного коллоидного раствора с плотностыо 1,4. Наполнителем слу)!<ат кислотостоикие минеральные порошки, получаемые измельчением чистого кварцевого песка, аr-rдезита, базальта,
диабаза и т. п. В качестве отвердителя использу�от кремн:ефтористый
I-iатрий, в качестве запошштеля - кварцевьIЙ песок, щебень из rpaI-IfIV
96
та., кварцита, андезита и других стойких пород. Характерньп1 расход
компонентов в кг/м3 кислотоупорного бетона следующий: раствори­
мого стекла - 300, 1q:н�ю1ефтрористого натрия - 40, напош�:ителя 360, песка- 600, щебт-rя- 1000. После виброУI<дадки бето:н вьщер)lа1вюот в:е ме1-1ее 1 О дней на воздухе при 15-.20 °С. После отверл<Дения
поверхность смачива1от раствором серной или соляной кислоты. Ки­
сло-rоуnорr-rьrй бе'I'оН пр:а:ме:н:я:ют, r<ак правило, для футеровок )l<:еле­
зобетонных или металлических констру:rщий.
ЩелочестойI<Ие бетоны дОЛ)l<.:Ны иметь повьШiенную плотт-rость
и изготовЛЯI-отся на основе низкоаmомm-rаn-rых портландцементов,
на заполнителях с НИЗI<ИМ содер)канием кремнезема (двуокись крем­
ния) и особенно аморфного кремнезема (опаловидные кварцевые
камею-rые материалы), с ми1-п1Малы-1ым содер)ка:нием в запоJПiителях
глинистых примесеи, содерлсащих в своем составе алюмосилитсаты и
аш-омm-Iаты.
4.15. Гидротехни'L1еский бетон
Гидротехт-rnчесrооr бетон отличается повышенной плотностьт-о,
проЧrrостыо (свьШiе 30 МПа), водоr-rепрон:ицаемосты-о (свьШiе Wб),
морозостоfпсосты-о (свыше F20) и стойкостью к агрессивной водной
среде. Так как он приме1rяется для массивных сооррiсений, то важ1-rейшим требоват-rnем I< нему является низкое тепл<ивыделение.
Гидротехнический бетон подразделяется на тр:и основных вида:
- бетон для 1-rарулаrых частей гидросоорркения. К этому бето1-rу
предъявляr-отся н:аиболее жесnсие требования по прочт-1ости, морозо­
стойкости, водонепроницаемости. В качестве вmкущего примет-IЯiот
низкоаmоминатные портландцеме1-1ты в сочетании с пласт:ифици­
ру�-ощими и гидрофобными добавками;
- бетон для внутрен:ней части массивных конструтщий гидросо­
ору)lсен:ш1 доmкеr-1 обладать ю1з1сим тепловыделением с приме1-rением
шлакопортландцемента, пуццоланового :и т. п. Прочность такого бе­
тон:а около 15 МПа, водонепроницаемость W2, W4;
- бетон для подводной
части констру:rщии гидросооррiсения из•
гота.вливается из портла1-щцеме1пов с активными минеральными добавками, которые связыва1от гидрооI<Ись кальц�,rя в малораствори­
мые соединения во избе)кание химическо:й 1соррозии под воздействие
растворимых в воде веществ.
4.16. Арболит
Арболит изготовлтот на основе цеме1-пного вmкущего, орган:и­
ческого запоmrnтеля и химичесrсих добавок.
97
В качестве органических заполнигелей используr-от измельче1-п-п,rе
отходы лесозаготовок и деревообрабоп<И, а таюке костру льна, r<:оноп­
ли, р:исовуI-о солому и стебли хлопчатника. Размеры частиц запоm-штеля
не долла-rы превьшrать по дmme 40, по пm:рине 1 О и по толщине 5 мм.
О1ш не долла-rы содер)кать примеси коры, хвои, листьев.
Для предотвращения rюrения и би:оповрел<Дения запоm-rителей,
вьщелеrшя ими веществ, вредr-п,rх для тверде1-rnя цеме1тта, используrот
следующи:е добавки: хлористый кальций, )КИдrсое стекло, серr1ок.исльrй
глинозем, фуриловый спирт и т. п., которые образуr-от плеr-пси на по­
верхности органических частиц и препятствуr-от протекаmп-о деструrс­
ТИВI-IЬIХ процессов. Для регулирования пористости бето1-1а вводят пено­
образуr-ощи:е и воздухововлекю-оrцие добав1си, для повьШiеrшя стойко­
сти и морозостойкосnr арболита вводят п,щрофобизи:ру�оrцие добавrси,
а таrоке m-IГИбируrоrцие для защитьr арматуры от коррозmr.
Прочность арболита опредеЛЯI{)Т на образцах-кубах размером
15х15х15 см, выдер)КаRiiЬIХ 28 сут при температуре 20±2 °С :и отно­
сительной влалсности воздуха 60-80 %. Средняя плот:ность арболита
составляет 400-700 кг/м3 •
Из арболита изготовляют стеновые блоки, панеm1, плиты :и т.п.
для возведения малоэтала-Iых )Iсильrх, промышленньrх и сельскохозяистве1-п-rьrх здании.
V
V
4.17. Декоративный бетон
Декоративный бетон готовят с применением белого и цветшrх
цементов и специальньrх заполнителе�,1, что позволяет получать не
только цвеТI-Iьiе бетоны, но и придавать бетону вид различньrх при­
родriЬIХ каменr-IЬrх материалов.
Для получения цветных бетонов примеюпот белые и цветт-п,rе це­
меI-rrы и разшгшые :м::инеральI-rьrе иmr органичесrсие пигменты. Пигмен­
ты, используемые в цветт-Iых бето1-1ах, дom1a-IЬr обладать высокой свето­
стойкостьr-о, атмосс]?еростойкосты,о i,r щелочесто:йкосты-о. Наиболее час­
то используrот минеральные пигме1-1ты, являющиеся оксидами ИJIИ со­
лями различньrх металлов, которые вводят в количестве 1-5 % от массы
цемента в зависимости от их уrсрывистости, плотности и красящеи способr-rоспr. В цветшrх бетонах используют чистые кварцевые пески
светльrх оттенков без примесей частиц из окислов яселеза. В качестве
крупньrх запошrителеи применяют светльrи известняк ИJIИ доломит, а
тюоке отходы кам:недробления: песrси и щебень из мрамора, высевки
грm-шта, туфа и т.п. Чтобы избе)кать расслое1-шя цветшrх бетонов и до­
биться равr1омер1-rого распределения окраски использу�{)т воздуховов­
лекыоrцие добавrси, а тal()lce вводят в небольших кошrчествах тоr-псие
фрющии ЛCJ,IpI-Ioй извести, тоmсомолотого известняка и т.п.
V
V
V
98
Для декорат:ивв:ь:а. бетонов, им:итиру�-ощих пр:ирощп,1е камни, при­
ме100-от специаш,1-п,1е прие:мь1, позволтощие об1-1ю1<ИГЬ запоmmтель и
выявить структуру бетона. Для получеI-IИЯ декоративного бетона поми­
мо цеме1-nа и соответствующих mп.-менгов и добавок используют мел­
кие и крупные фракции горной породы в виде гранита, мрамора, ба­
заш,та, сл1-оды и т. п. Для вьIЯJЗле1-п1:я структуры бетона его поверхность
подвергают ШJШфовке :и полировке. ПрШvrент-от таюке обрабо11<у по­
верхности бучардой или mrевматичесюrм молотком, пескоструйну:r-о
обрабопсу, обна)Iсе1mе запоmmтелей путем использования специаш,ных
замедшnелеи твердения поверхностного слоя, которыи затем легко
смывается водяной струей высокого давлеIШЯ либо удаляется лсеспсим:и
щепсам:и ИJШ пескоструйв:ой обрабопсой. Для повьnnешт срока слркбы
декоратив1п,IХ бето1-1ов приме1ооот фшоатироваюrе, mдрофобизацш-о,
прошmсу поверы1ости полимером.
Декоративвь1е бетоны прш.,1еюпотся для огралщающи:х конструк­
ци:й общественньrх и )IGiJIЬIX зданий, декоративньrх плит нарУ)Iа1ых и
внутрешmх стен: зданий, лестничньrх маршей, элеме1ттов фасада, в де­
талях N1aJП,IX архитек тур1-п,:а. форм, для барельефов и скульшур.
V
V
4.18. Бетоны на шлакощелочных вяя<:ущих
Использование высокоактивного mлаrсощелочного вяжущего дает
возмо)кность получать высокопроч:ные шлакощелоЧI-Iые бетоны I-Ie
только на основе традициоI-ПТhIХ крупньIХ заполнителей типа щебня ИJШ
гравия, I-IO и I-Ia I-IИЗKOIIpOЧШIX ИЗВеСТНЯI<ОВЬIХ щебнях, мелких песках и
супесях.
Шлакощелочиые вялсущие представляют собой г:идравличе­
с1сие вещества, получаемые тонким измельчеr.:rием гра1.:rулиро­
ванного шлака совместr.:rо с малог:игросrсопичным щелочr.:rым ком­
поr-rен:том или затворением молотого шлаrса растворами соедине­
ний щелочr-1ых металлов: натрия, кал:ия или лития. Шлаки исполь­
ЗУJ:ОТ доме1-1ные или электротермофосфорные гранулированные с
то1-1костью помола более 300 м2/кг. Могут быть использованы и
другие разновидности шлаков, например, тита1-1исть1е, н:икелевые,
ваграночные. Щелочные компоненты в виде соединений ще­
лочных металлов со-ставляют 5-15 % массы шлака. Используют их
водrп,1е растворы 18-40 %-ной ко1щентрации по массе. К таким соеди1.:rеr-IИЯМ относятся: едкие щелочи (едкий натр, едкое ка.тш:), смесь плавленьrх. щелочеи; сода кальцинированная техническая, содощелочнои
шлак, поташ, фтористый r.:rатрий; сИJШКап-:rь1е соли и расгвори:мьrе стек­
ла с сИJШКаТI-ТhIМ 0,5-2,5, в том t.rncлe ортометадисишпсаты натри:я и ка­
лия; ашо№nrатные соли - ашоминаты 1-rатрия и кашrя. Присутствие в
V
V
99
шлакощелочн:ьrх цемеr-rгах зиачительнъrх количеств щелоч:ньrх соеди­
нений обеспечивают фор:мироваI-ше в продуктах гидратац:r,ш: водостой1а-rх. щелоЧI-IЬIХ гидроалюмосmшкаmьrх новообразовю-001 типа
R2O · 3Аl2Оз · 6SiO2 · nН2О и:.шr R2O · Al2 O3 • (2--4)SiO2 · nН2О.
Наиболее высокую гидраJЗлическу�-о активность име1-от шлакощелочн:ь1е цементь1, затворею1Ъ1е растворами щелочеи, их аJ<ТJ,IВность вх,1ше при твердении в воде. В заJЗисимости от состаJЗа алюмосилш<атно�,1 состаJЗляющеи эти цементы имеI{)Т несколько разновидностей: бездобаJЗоЧI-IЫЙ цемент, цемент с добаJЗками горной породы,
гли1rnстьrх минералов, горельrх пород, щелоче- и кремниисодер)кащих веществ, карбонатов и др. Шлат<ощелоч1-1ые цементы разделя­
J{)ТСЯ на марки: 400, 500, 600, 700, 800, 900 :и 1000. Пpi,r J,ICПЫTaJfIШ в
тесте 1-1ормальнои густоты проч:ность цементов изме1-шется в пределах 60�180 МПа. При испытании в растворе состава 1 :3 Ifекоторые
шлакощелоЧilliiе цемеr-rгы превышаrот в 1,5-2 раза прочность высо­
комарочного портла1щцемента. Шлат<ощелоч�-1ые цементы на жид­
ком стекле отлича.Iотся особо быстрым набором проч�1ости: до 20-25
МПа в сутоЧI-IОМ возрасте. При использовании в качестве добаJЗКJ,I
каоли1-�а в количестве 20-50 % получат-от декоративные шлат<още­
лочные цемеr-rгы с введе1шем в их состаJЗ красящих ·минеральных
веществ. К этим щ�лочестойким пигментам оnrосятся )Келезный су­
рик, оксид хрома, охра и др., добаJЗляемые в количестве до 15 % (по
массе), или оргат-Iичесr<Ие пигменты, 1-1аnример фталоциан�,rновые, до 0,3 %. Кроме каолина, беJШзны це1v1ентов МО)КНО достичь добаJЗ­
лением известняка ИJШ доломита, если их коэффициент белизны со­
ставляют не менее 90 % по отноше1mю I< белизне BaSO4.
Имеется опыт использования шлакощелочньrх бето1-1ов в мо1-10т1т11ом и сборном я<Илищном, гидротех�-1ическом i,1 автодоро)кном
строительстве.
V
V
V
4.19. Строительные растворы
Для: строительньrх растворов примеНЯI{)Т портлат-�дцемент и шла­
копортландцемент. При1-ш:ма1{)Т марку цемента в 3--4 раза выше мар1а1 раствора. ВоздушifУJ{) известь в виде известк<?вого теста вводят в
смеситель при изготовле1:Iии раствор1-1ои смеси; ре)ке �,1спользуют
молоту�о негаше1-rую известь. Строительный гипс входит в состаJЗ
гипсовых и известково-гипсовых растворов.
Пески приме1-rяют пр:иродr:Iые - I<Варцевые, полевошпатовые, а
тaroI<e :искусственные дроблен:ые - из плотн:ьrх. гор1-:Iых пород и из
пористьrх пород и искусстве1-п-Iьrх материалов (пемзовые, керамзи:­
товые, ттерJШтовые и т. п.). Пористые пески слу)кат для приготов100
ления леп<ИХ растворов. Ecm1 песок содер)l<ИТ крупнъrе вкnючения
(ко:rv1Ья гли1-1ы 11 др.), то его просеивюот. Для rmрпичной кладки пр11меНЯiот растворы н:а песках с зернамr1 1-ie более 2 мм. Для растворов
прочносты-о 1 О МПа и выше пески дою1а-1ы удовлетворять тем )Ке
требован11Ям в отношении содер)кания вредных примесей, что и пес­
ю1 для изготовлеrшя бетона. Для растворов прочносты-о 5 МПа и н11)1<е допускается, соглас1-10 ГОСТ 8736, содеря<ашrе пылевиднъrх час­
тиц (проходяrцих через сито 0,14 мм) до 20 % по массе.
Пластифицируто�цие добавl{u. Чаще всего растворные смес11 ук­
ладьmаr-от тоша1м слоем 1-ra пористое основание, способное отса­
сьmать воду (1mpmrч, бетоны легк11е, ячеистые и т. п.). Чтобы сохра­
I-IИТЬ удобоукладываемость растворньIХ смесей при укладке на по­
ристое основа:ние, в ни:х вводят 1-1еорганическ:ие и: орга1-1ические пла­
ст11ф1щт,rрующие добавr<И, повыmающи:е способность растворной
смеси удеря<ИВать воду.
Неорганические дисперс1п,rе добавrа,r состоят из IYieJП<ИX частиц,
хорошо удерл<ИВаr-ощих воду (известь, глина, зола ТЭС, диато:ми: т, мо­
лотый домеr-rньIЙ шлак и т. п.). Глина, используемая в качестве пласти­
фицирующей добавки, не дomra-ia содеря<ать органических пр:и:месей и
леm.орастворимых солей, вызьmаr-ощих появлею1е «выцветов» на фаса­
дах зданий. Гmп-�у вводят в растворну�о смесь в в:иде )I<Идкого теста.
Органичес1<Ие поверхr-rостr-10-акт:ивные пластифИЦI1:руrощие и
воздухововлекюощие добавI<И (смыленный древесный пеr<., кани­
фольное мьmо, мыло1-1афт, ЛСТ 11 др.) вводят в количестве 0,1-0,3 %
от массы вяясущего. Ою,r не только улучшают удобоуrсладывае:rvrость
растворных смесеи, но такя<е повышают морозостоикость, сн:юкюот
водопоглощение и усадку раствора.
В растворы, при1У1е1-rяемые для зИМI-rей кладк:и :и ппукатурки, до­
бавшпот ускорители: твердеrшя, пония<аr-ощ:ие температуру замерзания растворнои смеси: хлористыи кальц11:и, поташ, хлор:истыи натри11, хлорнуr-о 11звесть и др.
V
V
V
'-J
V
V
4.20. Свойства растворных смесей
Удобоукладьrваемость - это свойство раствор1-rой смесУ,I легко
укладываться плотнь�м и тонrаш слоем 1-ra пористое основаr-1ие :и не
рассла1mаться пр11 храненш1, перевозке и перекачивании растворон:а­
сосаN!И. Она зав11сит от подвюкностr1 и водоудерл<ИВающей спо­
собн_ос-щ смеси.
Подвюrа-rость растворньIХ смесей хараrсrер11зуется глуб1шой по­
грул<е1mя металличес1<ого конуса стандартr-rого :прибора (массой 300 г).
Подвюкность назначают в зависимости от вида раствора 11 отсасьmаю101
щей способв:ости осн:ования. Для rсирmrчт-rой rшадки под:вшкность рас­
творов составляет 9-13 см, для запоJШе:ния швов ме)I<.ду пar-reJIЯJYrn: и
другими сбор1-rыми элеменгаrvrи - 4-6 c1v1, а для ви:брироваmrои: бутовой
IOiaдI<И - 1-3 СМ.
Подвr1)кность определяется на приборе (pr1c. 4.5).
Основная часть прибора для опре5
делен:ия подвюю-rости - эталонныи
стальн:ой конус 2 высотой 145 мм, диаметром, осr-rования 7 5 1v11v1 и массой
4
(300±2) г. В центре основаю,�я ко1-rуса
6
закреплеr-r стер)кень 5, свободно пере­
:tv1еща1ощийся во втуm<ах штапrва 6.
Вт1нтом 3 конус MO)la-Io закреm1ть :на
3
требуемой высоте. l{ штат1mу прт1креп­
лен:а шкала 4, по которой ф1n<сируется
2
перемещен1rе кот-rуса.
Средню10 пробу растворной смеет,�
/
объемом не менее 3 дм3 перед т1спыта\ /
1-п1ем ингенсивно перемеши:ваr-от в тече­
\/
у
ние З О с и: пере носят в стальной сосуд
1 в форме усеченного конуса высотой
180 мм, щrаметром верхнего основания
,
250 мм, нюкнего - 150 мм. Сосуд на­
260
поm-rя1от смесью 1-ra 1 см юDке его краев.
Смесь в сосуде штьп<уют 25 раз сталь­
Рис. 4.6. Прибор для опреным стер)lа-Iем диаметром 12 мм, дли­
деления подви)кности расной 300 мм и встряхnва�от сосуд 5... 6
творнои смеси:
раз леrI<ИМ постукиванием о стол. По­
1 - сосуд; 2 - конус;
верхность кor-ryca 2 очища1от от загряз3 - вmrr; 4 - шкала;
нении 1r протира�от вла)l<НОИ ткат-rью.
5 - стер)кень; 6 - штатив
Далее сосуд с растворной смесью ус­
таr- rавливают на плиту прибора так, чтобы
остр:ие ко1-rуса 2 попало в центр верхнего oci-roвaimя сосуда. Затем конус
опускают до соприкосновения с растворном смесы-о, закрепляr-от стопорный вmп 3 и сr-шмают первый отсчет по nп<але. После этого быстро от­
пускают стопор:ный винт и дают ко1-rусу свободно погрJ>каться в раствор.
По окончании погрJ>кеr-rия сн:имаr-от второй отсчет по шкале.
Глуби1-rу пorpy)l<ermя кor-ryca определя1от как разность ме)кду
вторым и первым отсчетами. Подвюкность растворной смеет,� вычис­
ляr-от кат< среднее арифметическое значение результатов двух опре­
v
V
V
делений глу61-п-1ы погрулсе�:шя rcorr- yca па разr-rых пробах растворной
смес1r. Разница в показа�-rиях пpr,i этом в:е ДOЛ)l<I-Ia превышать 20 :rv1м.
По результатам испыта�шй определяют марку по подвтDкностr1 Пц ,
102
Водоудеряшвающая способ1-1ость - это свойство растворной смеси
сохранять воду при уrшадке I-Ia пористое основание, что необходимо
для: сохранения подвЮiа-Iости смеси, предотвращения расслоения и хо­
рошего сцепления раствора с пористьrм: осн:оваюrем (кирпичом JI т. п.).
Этот показатель растворной c:rv1ec:и оцен:ива�от по количеству воды, от­
сасываемой из пробы растворной смеси: промокательной (фильтроваль­
I-rой) бумагой на спец:иальI-rом приборе (ри:с. 4.6, 6).
/10
20 . . '. 20 •.
,
,�
'
,
1
, •
''
1
..-;-.._,. J
1•
1
'
2
h
'
а
'J
'
J
..
,
�
1
:�
.
'
///;//
(о/20
(о/()0
.,
.
,
!
1'
1
1
'
''
-�
"')
'
..
(о/50
б
••
Рис. 4.5. Приспособление для определения водоудер)кива1ощей способно­
сти растворной смеси: а - металличес1<ое кольцо для раствора; б - схема
сборки приспособления; 1- кольцо с растворной civrecью; 2 -марлевая
ткань; 3 - 1 О слоев промокательной бу�vrаги; 4 - стеrшянная пластинка
Перед и:спытанием 1 О листов промокателыiой бумаги размером
150xl50 мм взвешивают (1п 1 ) с погрепп-1остью до 0,1 г, укладъ1ва1от
на стекляШfУЮ пластину такого )Ке размера и накрывают марлевои
тканью размером 25Ох350 мм. Сверху в:а ткань устанавливают
стальное кольцо (ри:с. 4.6,а) и: все устройство взвешивmот (тз), Далее
тщательно перемешю-IнуЮ растворную смесь укладыва1от в ме­
таллическое кольцо вровень с краями и взвешивают (т4). Через 10
МШ-I металлическое кольцо с pacтвopI-ro:i,r смесыо вместе с тканыо
остороя<Но СI-IИмают с промокателы:rой бумаги 3. Бумагу взвепrnвают
(т2) с погрешностью до О, 1 г.
Водоудер)кивающую способность растворной смеси определяют
по сн:юкению относительного содер)I<ания воды в пробе ЛВ ( %) в
ходе испьrгав:ия (10 мm-1) по формуле
ЛВ = { (1112 - т1) / (1n4 - тз)} 100
Водоудер)I<Ивающую способность растворI-rой смеси определяr-от
двюкдьr для кюкдой пробы растворI-rой смеси и вьrчисляют как cpeд­
I-ree арифметическое з1-1ачение результатов двух определе1-:rий, отли­
чаr-ощи:хся не более чем на 20 % от мен:ьшего зI-rачения.
V
V
103
Водоудерж:ива1ощу1-о способность увеличивю-от путем введе1-rия
в растворн:у:r-о смесь неоргюшческих дисперсн:ь:rх добавок 11 оргюш­
ческих пласти:фm<аторов. Смесь с этими добавками отдает воду по­
ристому ос1-1оваю11-о постепеmrо, пр11 этом она станов11тся плотнее,
хорошо сцепляется с кирпичом, отчего кладка ста1-1ов11тся прочнее.
Удобоукладываему:ю раствор1-rую crv1ecь получа1от, ecm1 правильно
1-1азв:аче1-r зерновои состав ее твердых составлт-ощих, определяемьш
соотношением песка, в.ткущего и дисперсной добавки. Тесто вяжущего
заJiолняет пустоты ме)!<Ду зер1-1амr1 песка и равномерно покрывает пес­
ЧИI-П<И тo1-II<I1М слоем, уменьшая внутре:r-п-rее тре:rше. С удобоукладьmае­
J:v1ой растворной смесы-о удобно работать (каменщики говорят - мягкая
и не т.m-:rется за кельмой), в результате повьШiается прои:зводительность
труда. От удобоукладьmаемост:и раствор1-1ой смес11 зав11сит качество
каме1-пr- ой кладr<И. Правильно подобра:r-пr- ая растворная смесь заполняет
неровности, трещ:иньr, углубле1-шя в кирпиче или камr-rе, поэтому полу­
чается болъшая площадь контакта ме)!<Ду раствором и 1сирпичом (кам­
нем), в результате прочность и мо1-rолипrость кладr<И возрастает. Уве­
личивается 11 долговечr-rость r-rapy)Iarыx стен.
Вла;)!сносп�ь расп�вора. Для определе1rия вла)!<l-Iост:и раствора об­
разцы после 11Х исmrтаJ-IИЯ на С)!<ат:ие дробят до крупr-rости отдель­
ных кусков I-Ie более 5 мм, переrv1епn1вают и отб:ираr-от усредненную
пробу :rv1accoй 100-150 г. Пробу помещю-от в стеклян1-rый сосуд,
взвеШI1ва1от с погрешностью не более 0,5 % и
: в сосуде переносят в
суrшrльный шкаф. Пробу высупmва1от до постоянной массы при
теrv1пературе 105...11О 0С (для гипсовь:rх растворов при температуре
45 ...55 °С) lif ВЫЧИСЛЯЮТ ВЛЮIQ-IОСТЬ раствора.
Средняя 1�лотнос1пь раствора. Определеm1е средней плотности
затвердевшего раствора производят пр11 его естествеr-п-rои влюI<ност:и
(11ли пр11 другой вла)!<Ност:и, уста:r-�овлешrой стандартом) на стан­
V
V
дартr-rъrх образцах. Средшо10 плотность вычисляют с погрешностыо
1-re более 1 кг/м3 KaJ< среднее ари:фметическое результатов определе­
ния средней плотr-rост:и трех образцов одr:rой сери11.
Водопогло�цение раствора. Водопоглощение затвердевшего рас­
твора определяют как r-ra образцах-кубах 7О,7х7О,7х7О,7 мм, таr< 11 1-ra
образцах прои:звольной формы. Образцы взвепrnва:r-от через I<юкдые
24 ч насыще1-rия в воде с погрепп-�остыо не более 0,1 %. Испыта1-1ия
проводят до тех пор, пока результаты двух последователыrых взве­
шиваю1й будут отличаться не более чем на 0,1 %, и вычr1сЛЯiот во­
допоглощение образца раствора по массе.
lvfорозос1пойкосп�ь раствора. Для исп:ьrтания на морозостойкость
изготовлю-от шесть образцов кубов - 70,7х7О,7х7О,7 мм, 11з которых
тр11 подвергю-от заморюкивани10 и оттаивани1-о, а остальные слуя<ат
контрольными. Образцы, подлея<ащие заморюкиваm1ю, насыща1от
водой в течею1е 48 ч и помеща1-0т в холодилыrую камеру при тем104
пературе -16 ...-20 °С. После КЮI<ДЬIХ пяти циклов испытаний про11з­
водят контролы-IЬIЙ oc:tvroтp образцов и его результаты зан:осят в жур­
нал. Ecm,r поверхв:ость двух :из трех образцов имеет в:идимые разру­
шения, то испытш-1ия н:а морозостойкость прекраща1от либо количе­
ство циклов заморюкивания и отта�mаI-IИЯ осуществляют до тех пор
пока потеря массы образцов не достиmет 5 %.
После окончания испьrганий образцов на морозостойкостт, опре­
деляют их ЩJочность на с)катие. Контрольн:ь1е образцы испъпъrnа�-от на
с)катие перед началом испьrга:ния осн:овных образцов на морозо­
стойкость, предварительн:о 1-1асьrгив их водой в течение 48 ч. У образцов, прошедших испъrгания н:а морозостоlin<ость и 1-rмеющих повре)Кден:ия гранеи, перед 11спьrганием I-Ia прочность поврелсден:ные грани
вырав:нива1от быстротверде1-ощим составом слоем не более 2 мм. До­
пускаемая потеря прочности образцов на С)l<атие после 11спьrга:ния на
морозостойкость - не более 25 %, а потеря массы - н:е более 5 %.
v
4.21. Разли,11Iые виды растворов
Основ1-rыми свойствами растворов являются: прочность (марка)
к зада1-rnому сроку твердеr-IИЯ, сцепле1-rnе с ос1-rова1шем, морозо­
стойкость и деформат:и:вн:ьrе хара�<теристlin<И: усадка в процессе
тверде1-rия, влияr-ощая на трещиностоикость модуль упругости, коэффициент Пуассона.
Прочность при С)l<атии определяют 11спьrганием образцов-ку­
б11ков с длиной ребра 7,07 см в возрасте, уста�-Iовлеr-11-rом в стандарте
или технических условиях 1-ra дашrый вид раствора. Изготовле1-rnе
образцов из растворн:ой смеси: подвюк1-1остыо менее 5 см про11зводят
в обычн:ьrх формах с подцоr-Iом, а и:з смеси с подвюкносты-о 5 см 11
более - в формах без подцо1-1а, установленн:ьrх I-Ia отсасывшощеъ,1 ос1-rовании - кирпиче покрытом смоченной водой газетr-rой бумагой.
Строителыrые растворы по ЩJОЧifост11 в 28-суточном возрасте
при с)катии: М4, Ml0, М25, М50, М75, Ml00, М150, М200. Растворы
М4 11 Ml0 изготовляют 1-ra местных вяжущих воздушной и гидравлическои извести и др.
Для каменной кладк:и н:арркных cтer-r зданий приме1-rяют глав­
н:ьrм образом цементнъrе и смеmа�--1ные растворы (цементно­
известковые и цеме:нтно-гли1-rяные) Ml О, М25 и М50 в зависимости
от влюкност1-IЬIХ условий и требуемой долговечност11 зда�-rия. В клад­
ке перемычек, простенков, карнизов, столбов марка МО)l<ет быть по­
вышена до М100.
Виброкирпичr-IЬ1е панели изготовляют с пр!irме1-1еm1ем растворов
М75, М100, М150, приготовлен:ньrх r-ra портлаr-rдцементе и mлако­
портландцементе.
V
105
Монтюк:ные растворы для запоm-:rе1шя гори:зонтальн:ых швов при
мон:та)I<е сте1-1 и:з леп<обетонных панелей дomra-:rы :иметь марку не
нюке М50, а для панелей из тял<елого бетона -:не IfIOI<e Ml00.
Ми1-rимальные :еасходы цемента для растворов разЛИЧI-1ого наз­
начеr-п,rя 7 5-125 кг/-м! песка приmrма1от для подземной r<Ладки зданий: в
зависимости от оn-rоси:телы-rои влала.rости воздуха в помещеr-rиях, а для
r<Ладки фу:Е-щаментов - в соответсгвШI с влаяа.rосты-о гру:Е-rгов.
Для r<Ладrа-1 во вла)Iаrьrх грунтах r-1 люке уровня грУfrговьrх вод
приментот растворы r-ra портландцементе с аrсrивr-rыми wшералыrыми
добавками или на шлаr<опортлаr-щцемеr-rте.
Декоративные растворы предr-:rазr-rачены для отделочн:ьrх слоев сте­
новьrх панелей и блоков, r-rapyлa.roй и вr-rутреm1ей отдеmа-1 зданий. Эти
растворы изготовляr-от r-ra белом, цветr-rом :и обычr-rом портландцемеr-rтах; для цвеrnьrх штукатурок внутри здав:ии примеr:IЯ1от таrа<е строителыrый гипс и известь. Заполнителем слркит чистьIЙ кварцевьrй песок
либо дробленые песr<И из белого известr-IЯI<а, мрамора и т. п.
Гидро:изоляциоm-1ые растворы для гидроизоляционных слоев и
штукатурок обычr10 и:зготовлшот состава 1:2,5 ил:и 1:3,5 (це­
меrп:песок по массе), Щ)ИМеняя портландцемент, расширяr-ощиеся
цементы, сульфатостоfпа,rй портландцемент.
Иr-rъеrщr1ош1ые цеменn-rые растворы пр1nv1ев:яют для заполr-rеr-rия
каr-rалов в предварительно напрюкенньrх конструrщиях и уrrлотнения
бетона. Марка раствора дomкr-ra быть не r-П1)I<e МЗОО, поэтому :ис­
пользУfОт портландцемент М400-М500.
Тампона.жJ:П>Iе растворы предr-rазr-rачены для гидрои:золяции сквал<ИН, шахтr-rых стволов и тоmrелеи путем закрытия вoдor-rocFThIX грунтов,
трещин и пустот в горньrх породах 11 заполнения закреплеr-пrого про­
страr-�ства. Вюкущим в этих растворах слуя<Ит специаль:ный тампоная<­
н:ьrй портлаr-щцемеr-rт, а в агрессивr-П>rх водах - сульфатостойкий порт­
ландце:rvrеrrт.
Рентгеr-�озащитный раствор приготовлшот на баритовом песке
(ВаSО4) (предельной крупностью 1,25 мм), применяя портланд­
цемент иm-1 шлакопортландцемен:т. В него вводят доба:вr<И, содер­
}Кащ:ие лепrnе элементы: л11ТI1Й, бор и др.
V
v
V
Контрольные вопросы
1. }Iазов1-rге принципы определения состава ТЯ)I<елого бетона.
2. }Iазов1-rге отm,rчительные особенности определения состава бетона с
ПАВ?
3. Назовите особенности специальных видов бетонов.
4. УI<rоките материаль1 для строительных растворов и требоваrrnя к ним:.
5. I{ак определяются: подвюкность, водоудер)I<ива1ощая способность,
водопоглощение, и морозостош<ость строительных растворов,
V
106
ГЛАВА 5. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ
5.1. Лег1<:11й бетон 11а пористых заполнителях
Для легкого бетона используют быстротверде1ощи:й и обычх-1ый
портландцеме1-Iты, а таюке шлакопортландцемент. При:ме:ня1от в ос­
новr-rом неоргаr-rические пористые запоJПiи:тели. Для теплоизоляци­
онных и I-Iекоторых видов 1<онструкциоr-1r-rо-теплои:золяц:ио1-п-rых лег­
ких бето:нов :используют и органичесrа1е заполни:теm1, при:готовле�-r­
r-rые из древесины, стеблей хлопчатI-IИI<а, костры, гранулы пенопол:и­
сти:рола (стиропорбетон) и: др.
Неорганические пористые заполнители отлича1-отся большmvr
разr-Iообраз:ием, их подразделяют на прr,rрод1-Iые : и искусственные.
Природные пористые заполнители: получаr-от путем частичн:ого
дробления и рассева 1mи только рассева горных пород (пемзы, вул­
каr-rического туфа, известI-IЯI<а-ракушечн:ика и др.). Iifскусстве1-rные
пор:истые заполнители являются продукта1п1 термической обработки
миr-Iералыrого сырья и разделя1отся на специально изготовлеrтые :и
побочные продукты промышленности (топm,rвr-1ые шлаrа,r и зольr,
отвальные металлургические шлаr<и и др.).
Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приго­
товлею-Iых и:з вспучивах-ощихся глин. Это легкий и прочный запол­
нитель объем�-Iой насыm-Iой массой 250-800 кг/"IУf. В изломе гранула
керамзита 11меет cтpyr<TYl)Y застывшей пе1-rы. Спекшаяся оболочка,
покрыва1ощая rpar:ryлy, придает ей высоку10 прочность. В процессе
об}кига (до 1200 °С) леn<оплавкая глm-Iа переходит пиропластическое состояние и вспучх,rвается вследств:ие вьщеления вr-rутри кюr<дои
гранулы газообразных проду�<тов. Or-rи образуются при дегидратаци:и
сmодистых м111-Iералов :и вьП'орах-II111 органических примесей. Вспу1:.rnваю,rю способствует выделен:ие СО2 в реакции восстах-rовления
оки:си }келеза до заr<Иси, протекающей при обя<иrе в восстах-Iовитель­
:ной среде (содер}кахцей СО): F2O3 + СО= CO2 +-f-2FeO.
I<.ерамз11т, обладюощий высокой проЧI-Iостью :и леn<остъ10, явля­
ется основr-rым видом пори:стого заполнителя.
Керамз11товый песок (зерна до 5 мм) получают при: производстве
керамзr,пового гравия (в r-rебольШI,rх количествах), а таrоке по 1v1етоду
кипящего слоя, обя<иrом глиr-rяных rpar-ryл во взвеmеr-п:rом состоянии.
Кро1У1е того, его МО)КНО получать дроблеr-rием зeper-r гравия размером
более 40 мм 11 сваров.
Шлаковухо пемзу :изготовляrот путем быстрого охлая<деr-IИЯ рас­
плава металлургических (обычно доменных) шлаr<ов, приводящего к
вспучиваш,rю. Куски шлах<овой пемзы дробят и рассе:ивают, получая
пор11стый щебе1-1ь_
107
Гранулированный метаmrургический шлак получат-от в в:иде круп1-1ого песка с пористыми зерн:ами размером 5-7 мм, иногда до 1 О мм.
Вспученный перm1т :изготовлmот путем об)I<Ш'а водосодер)кащих
вулкаюrческих стеклообразных пород (перлитов, обсидиаr-rов). При
температуре 950-1200 °С вода выделяется и перлит увеличивается в
объеме в 10-20 раз. Вспученный перлит пр11ме1-rя1от для про:из­
водства легких бетонов и: тепло11золяционных :изделий.
Вспучеrn-rый вермш<улит - пористый сыпучий матер11ал, полу­
чеr-rный путем облmга водосодер)l<ащих сmод. Этот заполюттель ис­
полъзу�от для 11зготовле1-шя тепло11золяционных лerI<IIX бетов:ов.
Топm1в1-rые отходы (топливr-1ые шлаки и золь1) образуr-отся в ка­
честве побоч1rого продут<та при с)кига1nп1 аr-пращпа, каме1-п-1ого угля,
бурого угля 11 других в:идов твердого топлива. На основе золы выпусках-от зольныи грав:ии.
Топm1вные шлаки - пор11стые кусковые материалы, получаю­
щиеся в топке в результате спека1-шя и вспучива1mя неоргаr-п1Ческих
(в основном глинистых) примесей, содер)кащихся в угле. Шлаки
подверга1отся частичному дробле1n1ю, рассеву и: обогащеюIЮ для
удаления вредньIХ примесей (1rесгоревшего угля, золы и др.). На ос1-rове зол выпускают золы-IЬIИ 11 глинозольньIИ rрав11и.
Аглопор11т получа1от при обжиге гл1mосодер)кащего сырья (с
добавкой 8-1 О % топлJива) на решетках агломерацион11ых rv1аш11н.
I<.аме1n-rый уголь выгорает, а частицы сырья спекаr-отся. Приме1rя1-от
мест�-1ое сь:rрье: легкоплавкие глиm1стые :и лёссовые породы, а таrоке
отходы промышлеrшости - золы, топл:ив1-IЬ1е шлаки 11 углесодеря<а­
щие шахтные породы. Аглопор11т выпускают в виде пористого пес­
ка, щеб1rя 11 гравия.
Шунгизит ИЗГОТОВЛЯI-ОТ обя<ИГОМ myI-IГlПOBЫX сланцевых пород.
Сочета�-rие показателей средней плот�-1ости, теплопроводности,
прочности и расхода цемента для легких бетонов достигается при
наибольшем 1rасыщен::ии бетона пористым запошrителем, что требует
слитного разrv1ещения зере1-1 заполнителя в объеме бето�-rа. В этом
случае в бетоне будет содеря<аться ме�-rьше цемеr-1тного КамI-IЯ, яв­
ляr-ощегося самой тяжелой частью легкого бето1-rа. Наибольшее на­
сыще1ше бетона пористым запол:нителеrv1 возмо)КНО только пр11 пра­
в11лы1ом подборе зернового состава смеси меm<ого и круmrого пористых запол1-rителе:и, а таrоке пр11 использова�-001 технологических
фаr<торов (и1-1теr-1сивного уплот1-1е1-шя, пластификаторов и др.).
Пористые заполнители, таr< )Ке каr< и плотные, делят на крупные
(пор:истый грав11й или щебень) с размером кусков 5-40 мм и меm<Ие
(пор11стый песок), состоящие :из частиц менее 5 мм. Пористый песок
V
V
V
V
V
108
V
рассеива1от на две с]?ракции: - до 1,2 :мм (мелкий песоI<) и 1,2-5 мм
(крупный песок). Пор:истый щебень (грави:й) следует разделять 1-ra
фракции-5-10, 10-20, 20-40 мм.
По н:асыпной сред1-1ей плотн: ости в сухом состоянии пори:стые
зaпommтem,r раздеЛЯiот на мaprcr,r (кг/м3): 100, 150, 200, 250, 300, 350,
400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 и 1200
Проч1-rость пор11стого щеб:ня (гравия) опредеЛЯIОт по стандарт�
нои методике путем раздавливания зерен в стальн:ом цилиндре
(R = 1-10 МПа).
Зерна большинства пор11стых запоmп1телей имеют шероховату10
поверХI-rость, поглощают з1-1ачительное количество воды затворения,
поэтому легкобето1-rные смеси: явля1отся, как прав11ло, недостаточно
удобоукладывае1:v1Ь1м:и, н:ркдаются в прив:удительном смеШI-rваrmи и
в 111-rтенсивном уплотне1-1ии (вибр1,rровании под нагрузкой, вибропро­
кате, вибротрамбоваm,rи 11 др.), которое более эффектив1-10 при при­
мет-rеm,rи пластифициру:Еощих добавок.
Метод определения оптималы-rого количества воды затворения
для легкобетонной смеси основан: на зав11симости проч1-rости леп<ого
бето1-rа·11 коэфф11циента выхода от расхода водъr (см. рис. 3.6). Коэф­
фици:ент выхода вычисЛЯIОт по формуле:
р = vб.с/ (Vц + Vп + Vщ ),
где V6.c, Vц , Vп , Vщ- объемы бетонной c:tvrecи, цемеFпа, песка, щебня.
Кривая зависимости прочности от расхода воды имеет две ветв11.
Левая (восходящая) показывает, что прочность бетона при повьШiе­
I-IИИ расхода воды постепет-rно возрастает. Это объясняется увеличе­
ю-rем удобоукладывае:tvrост11 бетот-rr-rой смес11 и плот1-rосТI1 бетона для
приr-rятого способа уплотн:ет-rия. Правая (н:и:сходяrцая) ветвь кривой
свидетельствует о том, что после достюкет-тия 1-rаибольшего уплот:не­
I-IИЯ смеси (т. е. минимального коэффиц:иента выхода) увеличения
расхода воды пр11водит к возрастаrтию объе1vrа пор, образовашП>IХ
1-1есвязанной цемеr-пом водой, и к пония<е1-rи10 проч�-rост:и бето1-rа. В
легком бетоне отчетливо проявляется вредное влияв:ие как 1-1едостат­
ка, так и избытка воды затворения.
Прочr-:Iость легкого бетона R зависит от марки цеме1-па, цемент­
но-водного отноше1-rия, прочности пористого заполm,rтеля и мол<ет
быть приблюкеr-rн:о определен:а по фор1vrуле, имеющей в определе1-11-rьтх граI-IИцах Ц/В такой л<е вид, как и для т.юкелых бето1-1ов:
R = А2 Rц (Ц/В - С2),
где А2, (½- безразмерные параметры.
109
5.2. Свойства легких бетонов
Прочность при сясатии легких бето1-1ов и:з:rv1еняется в значитель11ых пределах от 2,5 до 3 О МПа и: выше.
Для изготовления высокопрочных легких бетонов (имеющих
среднюю плотность 1600-1800 1сr/м3) примеI-IЯI-ОТ более проЧI-rый по­
ристый запоm-Iитеm, (с насыпной плотностыо 600-800 кг/м3), а пори:стыи: песок частично 1шr1 полностью замеr-IЯiот плотным.
Наиболее ваяа-1ой 1-1аряду с прочносты-о характеристикой
лепсого бетона является средняя плоnrость. В зависИtУ.(ОС'IИ от средней
пло11-1ости и назr-Iачения лепсие бетонъ1 делят 11а следуюЩiiiе группьr:
1) теплоизоляциоmrьrе со сред�-Iей плотносты-о до 500 rcr/:rvf; 2) ко:нст­
руrщиоmrо-теплоизоляционные (для огрюкдающих ко11струrщrш - I-Iа­
рркных стен, поrсрьrгий здar-nu1 со средней плотностыо 500-1400
кг/м4; 3) коr-Iструrщиоrшые со средr-rей плотносты-о 1400-1800 1сr/м3.
Уменьшить средю-01-0 плоnrость лепсих бетонов MO)КI-Io путем
образования в цементном камне мелких замrснутых пор. Для пор11зации цементного кам�rя, ЯВЛЯI-ощегося самои тюкело11 составнои частыо легкого бетона, испоЛЬЗУfОТ 11ебольшие количества пе1-1ообра­
зуr-ощих или газообразуr-ощих веществ. Меmсие и равr-rомерно рас­
пределенные поры в цемент1rом кa:rv11-1e незначительно поmDкают
прочность, но зато существеmrо уменьша�от средню10 плот1-1ость :и
теплопроводность легкого бетона.
Теплопровод�-rость легких бетоr-1ов зависит в осr-rовном от средней
плоn-1ости 11 влаяа-rости. Увеличение объемаой влюкr-rости лепсого бе­
тоr-Iа на 1 % повьшrает теплопровод�Iость на 0,016-0,035 Вт/(м0С).
В зав:исимости от теплопровод:ности лепсого бето1-rа толщ11на I-Ia­
ppю-roй стены мо)кет :изменяться от 20 до 40 см.
Нарркньrе огрюкдающие ко1-rструкции из легких бето1-rов подвергаются воздеиствиr-о поперемеmrого замораясивания 11 отта:иваr-шя, увла)кнения и высыхания. Поэтому легкие бетоны, применяе­
мые в ЖI-rлищr-rом, граящанском и промышлешiом строительстве,
доляа--IЬI 11меть определеННУIО морозосто:икость.
По морозостойкости легкие бетоI--IЬI делят :на марки: Fl5, F25,
F35, F50, F75, Fl00, Fl50, F200, F300, F400, F500. Для r-1аруясных
стеr-1 обычr-10 пр11меНЯiот бетоr-rы с морозостойкостью не менее 15-25
циклов попереме1-1ного замораясивания и оттаивания.
Возмоясность получеr-rия легких бетоr-rов с высокой морозостой­
кость10 11 малой водопроr-rицаемостью значителы-10 распшряет обла­
сти их пр11менения. Бетоны IIa пористых за:полш1телях уясе успеuшо
используr-от в мостостроеm111, гидротехr-mческом строительстве и да­
лее в судостроенrш.
V
V
V
V
110
V
V
Водонепроmщаемость плотн:ьrх конструкцио1-п-rьrх легких бето­
нов моя<ет быть высокой. Керамзитобето1-1 с расходом цемента 300350 кг/� не пропускает воду даже при давле1-п-rи 2МПа. Малая во­
допро1-1ицаемость плотных леп<Их бетов:ов подтверя<дается мн:оголетн:еи эксплуатациеи возведенных из I-IИX гидротеыпrчесr<и:х соору)кений (например, в Армеrши и: Грузии) , а также испьпанием r-Ia­
пopI-IЬIX )Келезобетон:в:ьхх труб. Характерr-10, что со времеr-Iем водоr-rе­
про1-шцаемость лепа-:IХ бетон:ов повышается.
По Giруктуре разлr-rчают плo'П-lliie или обьm-Iые легr<Ие бетонь1, в
которьIХ раствор н:а тюкелом или леп<ом песI<е поJШосты-о запоm-IЯет
мея<Зер1-Iовые пустоты крупн:ого заполнигели (обьг-шо с 1-Iекоторой раз­
двIDЮ<ОЙ его зepeI-I), поризованньrе леп<Ие бетоны, в которой раствор­
ную частъ вспучивают с помощью пеr-10- или газообразующих добавок,
и rq:,упнопористые леп<Ие бетоны, в которых не содеря<ИТся песка и со­
храюnотся ме)кзерновые пустотъ1. В Giроительстве используют глав­
ным образом легкие бетоны с круm-Iостыо пористого залолнигеля до
20...40 мм, ощrако применяют и мелкозернистъ1е легr<Ие бетоны.
Состав бетоI-Iа r-ra пористых запошrителях определяется расчет­
I-Iо-эксперименталы-:IЬIМ путем. Вначале находят предварительный
состав бетон:а, который затем уточняют на пробI-IЬIХ замесах. При
определеr-mи предварителы-rого состава бето1-rа используют зав11си­
мости и учитыва�-от особев:ности влиm-rия I-Ia свойства бетона 11 бе­
тоm-1ой смеси: разшrчI-IЬIХ ви:дов пористого залошштеля. Нюr<е на
примере керамзитобетоr-rа приводится порядок определения состава
лег1<ого бетоr-rа. При пр1-rме1-1е1-mи других запоm-rителей состав уточ100-от на основе опытI-IЫХ затворении.
В отличие от обьгшого бетоr-rа пр11 проектироваmrи состава леП<о­
го бетон:а r-rеобходимо r-rаряду с прочносты-о бетоr-rа и удобоукладьmае­
мостъ10 бето1ш:ой смеси обеспечить заданную его средmою плотность.
Поскольку средняя плотв:остъ зависит от свойств и содеря<а�-IИЯ порис­
того заполнигеля, расходы меm<ого и 1q:,упного запоm-rителей опреде­
ляют из условия задаm-Iой средней IDIO'Пfocти бетона.
Для получения составов
легкого бетоr-rа при МИI-rnмальI-IЬIХ рас•
ходах, цемеr-rта необходr-rмо правилы-10 выбрать материаль1 ДJIЯ бетон:а. Рекомендуется rfазначать марку цеме1-rта в зависимости от тре­
буемой прочв:ости бетоr-rа в соответствии с табл. 5 .1. Про�r-rость r-ra
С)Катие крупв:ого заполr-rителя дошкна быть не мer-ree з1-1ачений, ука­
занr-rьхх в табл. 5 .1, а насыпная плотr-rость круп�-rого заполmпеля - 1-re
боле� зr-Iаче1fИЙ, указаr-rньхх в табл. 5/3. Меящу фра�щиями крупного
запоm-Iителя, при1-1има1от следуrощие соотr-rошения: для фра�щий
(5... 10):(10... 20) мм - 40:60 %, для фраrщий (5... 10):(10 ...20):(20...40)
мм-20:30:50 %.
v
V
111
СредrfЯЯ прочность крутшого залоmmтеля, определяемая сдавmmа­
нием порции запоm-штеля в стальн:ом цилиндре диаметром 120 мм.
RI< = 0,0l(R1<1 Х1 + Rк2 Х2 + Rк3Хз)
где Rк1, Rк2, Rк3 - прочность кюкдой фракции заполнителя; х1 , х2, х3
дер)кание ка)r<дой фракции в смеси, % по массе.
-
со­
Меmше пористые пески, примеrте:м:ые в легю1Х. бето:нах прочr-rо­
сты-о 15...50 :М::П:а, доmкньr иметь модуль rсруrшости 1,8...2,5 и r-rасьш­
н:ухо плот:ность не мer-ree 600 кг/м3. Для бетоr-rа прочностью 15 :М::П:а допускается примене1-rие вспучеr-rr-rого перлитового песка с r-racьПII-roи
плотr-Iость10 более 200 кг/м3 • Содер}каr-rие в песке зере1-r размером мe­
r-ree 0,14 мм доmrсно быть не более 10 % по объему. Для бетонов
прочностью 15...20 МПа, когда активность цемеrпа больше реко­
меr-rдуемой, МО)IСНО применять до 25 % песка с содержаr-rием зере:н
размером мer-ree 0,14 мм.
Так как прочность леп<ого бетоr-rа зависит r-re только от актив1-rости
цемента и Ц/В, но таюке от свойств и содер)I<аI-IИЯ запоm-rителя и под­
вrDкности бетонной смеси, то при определении: расхода цемехпа ис­
пользухот даннъхе, полученные опыгным путем (табл. 5.4, 5.5). Вх-rачале
по табл. 5.4 назх-Iачают расход цемехпа в зависимости от задаr-п-rой
прочности бето1-1а, а затем по табл. 5.5 его уточн:.тот в зависимости от
свойств используемых материалов и подвюкности бетоmхой смеси.
Таблица 5.1
Марки цементов, применяемых для легких бетонов
Требуемая прочность легкого бетона, МПа
Марка цемента
30
50
40
25
35
20
15
600
500
500
500
400
400
400
Рекомндуемая
400
400
400
500
300
300
300
Допускаемая
Таблица 5.2
Минимальная прочность крупных пористых заполнителей
Про'(,п-rость на С)r<атие в цилинлvе,МПа
Прочность Марка запол1-пrгеля
щебня
бетона, МПа
аглопорита
гравия
0,6
1
1,5
15
75
1,2
2,0
0,7
100
20
0,8
1,5
2,5
125
25
1,0
1,8
3,5
150
30
1,2
2,2
4,5
200
35
1,4
250
2,7
5,5
40
1,6
300
3,3
6,5
50
112
Таблица 5.3
Максимальная насыпная плотность крупного заполнителя
Плотность бетона в высушенном состоянии, 1а:/м3
Запош-пrгель
1700
1800
1500
1600
1200 1300 1400
900/-/500 -/600 -/700 600/800 700/900 800/Гравий
-/500 -/600 500/600 600/800 700/900 800/1000
Щебень
Примечание: в числителе данные с кварцевым песком, в знаменателе - с пористьw.
Таблица 5.4
Ориентировочный расход цемента
Марка поvистого запош-пrrеля
Прочность Марка
250
100
200
125
150
бетона,МПа цемента
75
230
240
220
280
260
300
400
15
320
260
300
280
340
400
20
310
330
390
260
400
25
420
360
390
500
30
410
450
500
35
480
500
40
570
600
50
300
210
250
290
330
380
450
540
Таблица 5.5
Материал
Коэф4>ициенты изменения расхода цемента
Прочность бетона, МПа
40
30
25
35
20
15
50
-
-
Цемент
М300
1,15
1
М400
М500
0,9
М600
Песок
1
Плотный
Пористый 1,1
днаиб, ММ
40
20
10
Жесткость, с
5... 8
8...12
12 ...20
O1{,.см
1 ...2
2 ...5
8 ... 12
1,2
1
0,88
-
-
-
-
-
1
0,85
0,9
1,5
1
0,88
1,2
1
0,88
1,25
1,1
0,85
1,1
1
1
1,1
1
1,1
1
1,1
1
1,1
1
1,1
1
1,1
0,9
1
1,1
0,9
1
1,1
0,93
1
1,07
0,95
1
1,05
0,95
1
1,05
0,95
1
1,05
0,95
1
1,05
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1
0,9
0,85
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
1,07
1,1
1,25
113
Расход воды назначах-от с учетом требуемой удобоукладывамо­
сти по и виду rzрупного заполr-штеля по табл. 17.
Таблица 5.6
Ориентировочный расход воды в кrf-rv1.3
Предельная кJу111Jность, МNf
Ж,с
ОК,см
щеб1-rя
гравия
20
10
40
20
10
250
265
205
235
220
8...12
230
245
205
190
220
3...7
210
225
175
190
205
3...5
1...2
215
200
165
180
5...8
195
200
160
185
170
185
8...12
175
190
150
175
160
12 ...20
40
235
215
195
185
175
165
После определев:ия расходов цемеrпа и воды,. соответствующих
требоваr-mям прочности бетоr-rа и удобоукладываемости бето1п-rой
смеси, расходъr круш-Iого (К) и мелкого (П) запоm-rителей могут быть
н:айдеI-IЪI из уравнеr-rия ПЛОПIОСТИ (р)
Р = 1, 15 Ц + П + к.
5.3. Поризованный легкий бетон
Для улуtШiения теплофизических свойств леп<ого бетоr-rа на порис­
том запошrигеле при:м:еняют поризацшо растворr-�ой части бетона юш
замеr-ооот ее поризоваr-п:rым цемеr-rгньrм камнем, т. е. готовят леп<ИЙ бе­
то�-r на IqJynнoм пористом запошrигеле без песка. К поризованным лег­
ким: бетонам от�-rосят бетоньr, содеря<ащие более 800 щ2/м' легкого
кругm:ого запоm-штеля, у которых объем воздушньrх пор составляет
5 ...25 %. Поризациr-о тararx бетонов осуществлшот m1бо предваритель­
но приготовленной пеr-rой, либо за счет введения газообразуr-ощих юш
воздухововлектощих добавок. Пен:ой поризуr-от только беспесчавьrе
смеси, воздухововлеrсаюЩИNm добавкаIУ.!И только смеси с песком, газо­
образуrощими добавкаIУ.1И - смеси с песком и без песка. В зависимости
от используемого заполв::и.теля и способа поризации бетоr-rы получают
назваr-rnе: керамзитопе:нобетон, керамз1-погазобетоr-1, керамзитобетоr-r с
воздухововлекаrощей добавкой.
По cpaвr-IeI-IИIO с легким бето11ом плотной струr<туры поризовmr­
ный бетоr-r имеет пor-IIOI<emrыe средr-пою плот11ость и коэффицие�-п
теплопроводности:. В r-reм моя<1-1O использовать круrшый запоmmгель
прерывr1стого зерr-Iового состава, умеr-rьшить юш поm1осты-о 11скmо114
чить расход пористого песка, при:мен:ить более т.юкелый пористый
залолнитель (без увеличения плотr-�ости бетона).
По срав�-rениr-о с r-rеавтоклавным ячеистым бетоном поризоваr-I­
ный лепrnй бетон отличается значителы-10 меньnп,rм расходом вялсу­
щего вещества, повьШiеI-II-IЫМ модулем дес]?ормации и долговечно­
стью, меньшей усадкой. Поризованные легкобето�-11-rые смеси отли­
чаrотся хорошей связанr-Iосты-о и удобоукладываемосты-о, и их при­
менени:е зв:ачителъно упрощает формоваrmе изделий, позволяет от­
казаться от пригруза пр:и уплот1-1е1-rии смеси в процессе ее укладки
вибрироваrтем.
Прочность поризоваmrого бетона МО)I<ет бьnъ 5... 10 №Ia, а плот1-1ость - 700...1400 ra:!r:1. Прочность и плоnrость бетона зависят от его
структуры. Kar< правило, об)киговые пористые материалы (керамзит и
др.) при одной и той )Ке плотности имеrот более высокую проч�-rость,
чем пористый раствор. Поэтому мar<cr,rмa.т.rьr-roe 1-racыщemre поризоваr-I­
в:ого легкого бетон:а керамзитом (0,9... 1,15 r:i/м3) способствует повьШiе­
r-пп-о его прочности или понюкениr-о расхода цемеша.
Для поризоваr-11rого легкого бетона раци:01-rальr-10 применять це­
меш М400 и выше, таrс как это способствует уменьшению его расхо­
да и тем самым понюкеншо плотr-rости бетоr-Iа.
Крупr-1опористый бетоr-r на пористом заполrттеле (керамзитовом
гравии и: т. п.) имеет r-rебольшуrо средmою плотr-rость (500-700 кг/м3 )
и используется каrс теплоизоляциоr-II-rыи материал.
V
5.4. Ячеистый бетон
Ячеистый бетоr-r является разновидr-�остью легкого бетона, его
получают в результате затвердевания вспученнои при помощи парообразователя смеси вmкущего, кремнеземистого компоr-rеrпа и во­
ды. При вспучивании исходной смеси образуется характерная «ячеи­
стая» струх<тура бетона с равr-�омерно распределеr-rными по объему
воздушн:ыми порами. Благодаря этому ячеистый бетон: имеет :не­
большую средm-ою плотн:ость и малуr-о теплопроводr-rость.
Пористость ячеистого бетоr-Iа сравнительr-rо леп<о регулировать в
процессе и:зготовления, в результате получают бегоны разr-Iой средr-rей
плотности и назr1ачеmrя. Ячеистые бетоны делят на три группы:
- теплоизоляцио1-rные со среднеи плотностыо в высушен�-rом состоянии в:е более 500 кг/ri ;
- КОI-IструI<ЦИОI-II-IО-ТеПЛОИЗОЛЯЦИОI-II-IЬiе (для огрюкдаr-ощих I<OI-I­
cтpyI<ЦI1Й) сред�-rей плотности 500-900 rа:/м3 ;
- ко1-rструrщионные (для )келезобетона средней плотности 9001200 кг/м3 •
V
V
115
Вюкущим для цементньrх ячеистых бето1-rов обычно слу)I<ИТ
портлаr-rдцемевт. Бесцемеr-rтные ячеистые бетоны (газо- и пеносили­
кат) автоклавного тверден:ия изготовляr-от, примеюrя молотую нега­
шеную известь. Вюкущее применяют совмест1-rо с кремн: еземистым
компоне1-rтом, coдep)Icaщи.ivr двуоrшсь кремr-1ия.
Кр�мнезе:rvm:стый компонент (молотый кварцевый песок, зола­
)'I-Iос ТЭС и молотый гра1-rул:ироваr-п-rый домен1:1ый шлак) уме1:IЬшает
расход вюкущего, усадку бето1-1а и повышает качество ячеистого бе­
то1-1а. Кварцевый песок обычно размалыва1от мокрым способом :и
приме1-rяют в виде песчаного шлама. Измельчение увеJПIЧI1вает
удельную поверхность кремн:еземистого компонента и повышает его
химическую актив1-1ость. Встречается то1-1кодисперсный прироДI-rый
кварц- маршаллит с частицами 0,01-0,06 мм.
Соот1-:1ошение ме)Iсду кремr-rеземистым компонентом и вюкущим
уста�-rавливают опытным путем. При перемешиваr-п1и материалов в
смесителе получают исходную смесь - тесто, состоящее из вюку­
щего, кремr-Iеземистого компо1-1е1-1та и воды.
Вс:rrучивание теста вюкущего МО)Iсет осуществляться двуъ,1Я спо­
собами: 1) :химичесю,rм, когда в тесто вялсущего вводят газообра­
зующую добавку и в смеси происходят хими:ческие реахщии, сопро­
вождаr-ощиеся выделеr-rием газа; 2) мехаmrчесю1м, заключа1ощимся в
том, что тесто вялсущего смешивают с отделыrо приготовле1-п-Iои усТОИЧI1ВОИ пенои:.
В зависимости от способа изготовлехшя ячеистые бетоны делят
I-Ia газобето1-r и пенобетоr-1. У нас и за рубелсом развивается произ­
водство пре:имуществеr-п-rо газобето1-rа. Его техх-1олоmя более проста
и позволяет получить материал понюке1-п-rои среднеи плотности со
стабильными свойствами. Пена )Ке :не отличается стабильностью, что
вызывает колебаr-1ия средней плотносnr и проч1-rости пенобето1-1а.
u
U
U
V
u
u
5.5. Газобетон и газосили1<:ат
Газобетон приготовляют из смеси портландцемеr-rта (часто с
добавкой воздуш1-1ой извести или едкого натра), кремr-rеземистого
компо1-rента и газообразователя.
По типу химических реакций газообразователи делят :на еледующи� виды: вступа1ощие в химическое взаимодеr1ствие с вюкущим иди продуктами его гидратации (аm-омиrшевая пудра); разла­
гающиеся с вьщеле1rием газа (пергидроль Н202 ); взамодействующие
мелсду собой и выделяющие газ в результате oбмern:IЬrx. реаrщий (1-1а­
пример ) молотый и
: звестняк и соляная rшслота).
u
116
Чаш;е всего газообразователем слу)I<ИТ алюмшшевая пудра, ко­
торая, реагируя с гидратом окиси кальция, вьщеляет водород по ре­
акции
3Са(ОН)2 + 2Al + 6Н2 0 = ЗН2 + ЗСаО · Аl2Оз · 6Н2О,
Согласно уравнени1-о химической реаrщии 1 кг алюминиевой
пудры вьщелит в нормалы-rых условиях 1,245 м3 водорода. При по­
вышении температуры объем газа возрастает и, например, при 40°С
составит 1,425 м3 • На практике расходуется большее количество
ашоминиевой пудры, так как она содерл<Ит менее 100 % активr-rого
ашо1vrиния и, кроме того, часть газа теряется в процессе пере­
мепrnвания и вспучиван1m раствора.
Это учитывается с помощью коэффициента газоудер)ка1n,rя Кгу,
представлт-ощего отношение объема газа, удер)!<анного газобетон­
ной смесы-о Vy к теоретическому объему вьщеляемого газа Vт, при
данной ·температуре:
Кгу = Vy!Vт.
Коэффициент газоудерл<ания обыч1:10 составляет 0,7-0,85; :на из­
готовление 1 м3 ячеистого бето:на объемной массой 600-700 rcr/м3
расходуется 0,4-0,5 кг аm-омиr-rиевой пудры.
Алюмшrиевую пудру вводят в виде суспензии, для придания
пудре гидрофильных свойств ее обрабатывают водным раствором
поверхносnrо-активного вещества (ЛСТ, каrшфолы-:Iого мьmа и др.).
Литьевая технология предусматривает отливку изделий, как
правило, в отделы-:IЬrх формах из текучих смесей, содер)каш;1-rх до
50-60 % воды от массы сухих компои:ентов (водотвердое oтitoшer-rne
В/Т = 0,5-0,6). При изготовлеr-rии газобетона примеrтемые ма­
териалы (вяжущее, песt.1аньп1 шлам и вода), дозируiот и подаr-от в
самоходI-:IЬIЙ газобетон:осмеси:тель, в котором их перемеши:ва�от 4- 5
мин; затем в приготовлеI-IнуЕО смесь вливают водr-rую суспеr-rзию
ашоминиевои� пудры и после доследующего перемепrnвания теста с
ашомиr-rиевой пудрой газобетою-rуr-о смесь заливают в металлические
формы 1:ra определенr-IуIО высоту с таким расчетом, чтобы после
вспучивания формы были заполнены доверху.
Избыток смеси. ( «горбушку») после схватывания срезают про­
волочными струн:ами. Для ускорения газообразоваr-rnя, а таrоке процес­
сов схватывания и твердеr-rия при1v1еняют «горячие» смеси 1-ra nодогре­
той воде с температурой в момент заливки в формы около 40°С.
Тепловуr-о обработку ячеистого бетона производят nреиму­
ществеr-mо в автоклавах в среде насыще1:п-1ого водяного пара при
температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,5 МПа. Автоклавы пред117
ставляют собой гермет1rчески заrq:>ывюощиеся цили1-щры диаметром
до 3,6 м и ДШ1IIОЙ ДО 32 м. Во BЛIOIQ-IOЙ среде и при повышенI-IОЙ
температуре кремr-1еземистьm: компо1-1ен:т проявляет химическУ}о активr-rость и вступает в соединение с гидроокисы-о кальция с обра­
зоваr-шем ги:дросиликато:iз кальция, прида.Iощих ячеи:стому бетону
повышеннуr-о проч1-1ость и морозостош<ость.
Автоклав1-rую обработку производят по определенному рел<Иму с
учетом типа и массивности изделий. Чтобы r-re появились трещины в
изделиях, предусматривают плав1-1ыи подъем и спуск температуры и
давлеrmя (в тече1-1ие 2-6 ч); время выдеряа<И 11здешrn при макси­
мальной температуре составляет 5-8 ч.
Вибрационная технология газобето1-1а заключается в том, что во
время перемешиваr-rия в смесителе и вспучивахmя в форме смесь
подверга1от вибрации. Тш<сотропное разя<Юкение, происходящее
вследствие ослабления связей мел<ду частицами, позволяет умень­
шить коJШчество воды затворения 1-Ia 25-30 % без ухудшения удобо­
формуемости смеси. В смеси, подвергающейся вибрированию, ус­
коря ется газовыделение - вспуч:ивю:-ше зат<анчивается в течен:ие 5-7
МИI-I вместо 15-20 МИI·I при литьевой технологии. После прекращения
вибрирования газобетою-rая смесь быстро (через 0,5-1,5 ч) приобре­
тает структурНУ}о прочность, позволяющую разрезать издеJШе I-Ia
блоки, время автоклав1-1ой обработки та�оке сокращается.
Разработа�-rы 1-rовые тех1-1ологические приемы изготовления яче­
истого бетох-Iа из ХОЛОДI-IЫХ смесей (с температурой около 20 ° С) с до­
бавками поверхностно-активных веществ и малым количеством во­
ды. Та�<ой газобетоr-1 на цеме1пе после обычн:ого пропарива�-IИЯ при
атмосферr-rом давлении достигает прочх-rости автоI<Лавного бето1-1а,
изготовле1-r1-1ого по литьевой тех�-1ологии, что дает большой экономи­
ческий эффект.
Резателы1ая технология изготовле1-rия издеJШй из яче11стого бе­
то1-1а предусматривает формова1-1ие в1-1ачале большого массива (объе­
мом 10-12 м3, высотой до 2 м). После того как бетон 1-rаберет струк­
турну:r-о проч1-1ость, массив ра зреза�от в горизоI-rтальr-rом и вер­
тикалы-Iом 1-1аправлениях на прямоугольные элементы, а затем под­
вергают тепловой обработке. Получеr-п-rые элементы калибруют 1-1а
специалы-rой фрезер1-rой маши1-1е, а затем отдельша1от их фасадI-IЬiе
поверхности.
Из готовых элементов, име1ощих точные размеры, собира�от I-Ia
кле1-о плосr<Ие или объемные !\ОI-Iстру:rщии, используя ст.юкную ар­
матуру. ТаI<ИМ путем получают большие стев:овые па11ели размером
на oдr-ry или две комнаты и высотои на этаж.
V
V
V
118
Газосиликат авто101ав:ного тверде1-m:я в отличие от газобето1-rа из­
готовдяют на основе и:звестково-креМI-rеземистого в.юкущего, ис­
поJТhзуя местные дешевые материалы - воздушную известь и песок,
золу-унос и металлурпrческие шлаки. Соотношение ме)Кду известьiо
и молотым песком колеблется от 1:3 до 1:4,5 (по массе), при этом
извести расходуется 120-180 кг на 1 м3 газосиликата. ИздеШ:IЯ из га­
зосишrката приобретаr-от flY)I<II)'I-O прочность и морозостойкость
только после авто101ав1-Iой обработки, обеспечивающей химическое
взаимодеиствие мел<Ду известью и кремх-rеземистым компонентом и
образоватrие 1-1ераствори1У.1ЬIХ в воде гидросиликатов кальция.
V
5.6. Пенобетон и пеносиликат
Пенобетох-r пршотовлт-от, смешивая paздeJThI-IO пршотовленные
раствор1-rу1O смесь и пену, образующуто воздушI-IЬiе ячейки. Раствор1-rуr-о смесь получа:�:от из вяжущего (цемехпа иш,r воздушной извести)
кремх-хеземистого компо:нехпа :и воды, как и в теХI-Iологии газобето1-rа.
Пену приготовляют в лопастных пе1-Iовзбивателях или центро­
бе)IСНI,JХ I-Iacocax из водного раствора пе1-rообразователей, содер)КIОЦИХ
поверхностно-актив1-п,1е вещества. Прrшевшот гидрошrзованну:r-о кровь
(П(), rотееканифоJТhНЪIЙ, смолосапониновый, аm-омосуJТhфо1rас]?те1-rовый
и синтетические пех-rообразоватеJШ. Стабилизаторами пены слркат до­
бавки раствора лсиво11-�ого rотея, )КИд:кого стеrша или сернокислого )Ке­
леза; миr-rерализаторами же являются цеме1-п и известь.
Из буmсера, перемещающегося вдоJТh (]?ронта форм-вагонеток, пе1-rобетоrmая смесь поступает в фор1У.1ЬI. Для сокращения време1-rи вы­
дерл<КИ 11 ускорения оборачиваемости форм добавляют хлористый
кальций, поташ и другие вещества, ускор.тощх,rе структурообразование.
Свойства ячеис1пьт:х бе111,онов. Прочн:ость и средняя плотность
ЯJЗляr-отся глав1-rь1ми показателями качества ячеистого бетоr-�а. Сред3
1-rяя плотность, колебmощаяся от 300 до 1 ООО кг/м , косве1-Iно харак­
теризует пористость ячеистого бетона (соответственно 85-60 %).
Марка ячеистого бетона по прочности обозr-�ачает предел проч­
н:осщ при сжатшr базовьIХ кубов с ребром 150 мм, имеющих сред­
н:юr-о вла)rсность 10±2 % (по массе). Ко1-1троJТhные образцы испьпы­
вают не рав:ее 12 ч после тепловлалсностной обработrси, а при ecтecт­
вer-II-IOM твердении - через 28 суток выдерлсиваr-rия в 1-�ормальньIХ
температурно - влалаiостI-IЬIХ условиях (вла)ю-rость 90 ±5 %, темпера­
тура2O ±2 °С).
Ячеистые бетоr-IЬI имеют следутощие прочr-�ости при слсатии: 1,5;
2,5; 3,5; 5,0; 7,5; 10,0; 15,0 МПа.
119
Водопоглоще1-rn:е и морозостоf'псость зависят от веЛИЧИI-ТhI и хараrс­
тера пористости ячеистого бето1-rа и плотт1ости перегородок меящу маrс­
ропорами (ячейка.ми). Для св::юке1-m:я водопоглощев:ия и повьппе1-rия
морозостошсости стремятся к создав:шо ячеистои структуры с замк1-rутьnv.а-r noparv.o:-r. Этому способствует вибрац:ио1-п-1ая технология, так как
при вибрацш,r пе1-1обето1n-rой смеси разруmrоотся 1<рушrь1е ячейки, c1m)КаIОщие морозостоикость и однородность матер:иала.
Установлень1 следующие марки ячеистого бето1-rа по морозостой­
кости: Fl5, F25, F35, F50, F75, Fl00. Для панелей нapy)ICI-ThIX стен при­
ме1-rшот ячеистый бетон марок F 15, F25 в зависимости от влажности
атмосферы в помеще1шях и климатичесю,rх условий. Более высокая мо­
розостойкость требуется от коr-Iструrщиоr-mого ячеистого бетона, под­
вергающегося :многократному заморалатанш-о и оттаиванш-о.
Теплопровод1-Iость ячеистого бето1-rа зависит от сред�-1ей плотr-rо­
V
V
V
сти И ВЛа)!<НОСТИ.
Удельная теплоемкость ячеистого бетона составляет в среднем
0,84 rсД)!<f(кг· 0С).
У садка зависит от состава ячеистого бето1-rа, средней плот1-rости
и условий твердеrmя. Ячеистьп1: бетон средней rmот1-rости 700-800
1сг/м3 в воздухе с 70-80 %-1-rой от1-rосительной вла)!<Носты-о 11 темпе­
ратурой 20 °С имеет усадку 0,4-0,6 мм/м.
Контрольные вопросы
1. В чем особенность метода определения количества воды затворения
для легких бетонов на пористых заполнителях?
2. Назовите виды поризованных легких бетонов.
3. Ука)ките матер:иалы для ячеистых бетонов и требования к ним.
4. Чем отличается газобетон от газосиликата, газобетон от пенобетона?
5. Чем отличается пенобетон от пеносиликата?
120
ГЛАВА 6. БЕСЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ
6.1. Силикатный бетон
Силикаn-IЪIЙ 6ето1-1 - искусствеmrьrй кам:нев:ид:ньrй материал, II]_)ед­
ставляет собой затвердевшую при тепловлюкностной обработ�се паром
повьшrе1-m:ого давлеюш смесь извест�сово-крею-rеземистого вялсущего,
заполнителя и воды. Силикаmые бетоны классифщируются по основ­
н:ому назначе1-ш:ю :на конструrщиоm-rые и специалы-rые:
по виду заполнителей на бетоны r-ra плотных и пористых запол­
нителях·'
по крупности заполшrтелеи - r-ra меmсо- и круrrнозернистые.
Силшсатr-rые бетоны по ГОСТ 25214 характеризуiотся слеДуiощим:и показателями: и: своиствами:
- предел прочн:ости при осевом с)катии от 7,5 до 70 МПа;
-предел проЧI-rости на осевое растялсение от 1,0 до 4,0 МПа;
- предел прочности на растюкеrше при и:згибе от 2,5 до 7,О МПа;
- морозостойrсость от F35 до F600;
- водо1-rепро1-п,1цаемость от В2 до В 1 О;
- средняя плотность от 1ООО до 2400 кг/м3 .
Отпус1с1-rая плотность силшсат1-1ого бетона в издеJШЯХ равна задаr-rнои проект1-1ои марrсе.
Показатеш.r истираемости сиmпсатного бетон:а 1-ra плоТI-rых запол­
нителях, характеризуIОщиеся потер.шvrи массы образцов при испьrгании
на исnrраемость, :не доmю-rы превьшrать указанньrх ГОСТ 13015. О.
Свойства изделий из с:иликатного бето1-rа аналогичны свойствам
изделий из цементного бетоr-Iа. Из силиrсатr-1ого 6ето1-1а могут быть
изготовлены 111Ногие сборr-rые и:зделия, применяемые в )!С:илищном,
гра:ясданском, промышлеr-11-rом и сельском строительстве. I-Iаиболее
эффективr-10 изготовление из силшсатного бетоr-rа пустот�-:rьrх изделий
(плитьr перекрытий, коло1-m:ы, ригели, балrси, сваи), так как пустоты
улучша1от условия прогрева и: охлю1сде1-rия изделии, с1-rюка1от массу
изделии и расход материалов на :их изготовлен:ие.
Для малоэта)lсного строительства могут бьrгь изготовлены:
- элемеrпы несъемной лселезосилшсатобетонной опалубrси для
ленточных фуr-rдаментов;
- фундамеr-rтные блоrси;
- блоrси стен подвалов;
- камни бетоm-rые стеновые;
- перемычтси;
- ступени и лестничные марши;
- мв:огопустотные плиты перекрытии или ш111ты сплошного сечения;
V
V
V
V
V
121
- баm<И таврового 11 прямоугольного сечения для сборных перекрытии и покрытии;
- пустотелые rсамв:и-вкладыmи для сборх-rых перекрытий и покрытrш;
- JШНейные элементы стропил и обрешеnа1 для черепичной
кровли;
-черепица.
В крупнопанельном домостроении из cилm:carnoro бетона могут
быть изrотовлеr-rы все в1-rутренние несущие изделия: в:нутренние стеновые панели, плиты перекрыт:ии, лестничные площадк:и и марши,
элементы каркаса, строm,rла.
Для приготовления силикатного бетона примеНЯiотся следую­
щие материальr: вюкущее, заполнители, добавх<И и вода.
Вюкущее - воздушная известь - просте:йшее вя)кущее, получае­
мое умереm1ьпv.1 об)l<:ИГОМ карбонатr-rьтх пород (11звест11яка, мела, ра­
кушечншса, отходов химических производств и др.), содер)Кащих не
более 8 % гm1:нистьrх прх,rмесей. В стро11:тельстве прх,rменяют в:ега­
rпен:у:r-о извесn,, основ:ной частьrо которой является безводный оксид
кальция СаО, и гашеную, получаемую в результате соединехшя IIе­
гашеной извести с водой и состоящую в осFrовном из Ca(Of-1)2 .
В воздушную �звестъ можно вводитъ минералы-rьхе добавr<И молотъrе rop1.:rыe породы или отходы промыmле1.:rноrо производства
(домеm.:rые и топливные шлах<И и золы , вулках-rическ:ие туфы, опоr<И и:
пемзы, кварцевые пески, гипсовый камень).
По качеству в зависимости от содержания активх-rьrх СаО и MgO
известь делят J{a три сорта (соответственно в извести без добавок их
содержа:ние доЛЖI-IО быть 90, 80, 70 %, а в извести с добавкам:и - 64 11:
52%).
В зависимости от скорости гашения различа�от известь быстро­
гасящуюся - скорость гашения до 20 МИI-I и медленно гасЯIЦу1ося скорость гашения более 20 мш.:r.
При твердеm,rи на воздухе прочность известковьrх растворов :и
бетонов в возрасте 20 сут составляет всего 0,5 ... 3 МПа. Прочность
111о)кет быть заметно повышех-�а путем автоклавной обработки изде­
лий - при давлении 0,8 МПа и температуре 175 °·С, в результате чего
при взм�модействии извести с Iq)емнеземом запошmтеля образухотся
сравнитеJIЬв: о прочные гидроси:ликаты. Этот приеrv1 используют для
получения автоклавного силикатного бетона прочностыо 20... 50
МПа и более, а таrоке для производства ячеистьтх бето1-1ов. Для полу­
чения автоклавньrх силикаn1ьтх материалов используt:от быстроrа­
сяшуюся известие содер)lсанием оксида магния не более 5%.
V
V
V
122
Второй основпой I<омпо:нент известково-кремнеземистого вя­
Л(Уrцего - песок дomкer-r удовлетворять требованиям ОСТ 21-1-80 на
песок для производства силикатвъrх. изделии автоклав:ного твердения, по которому-содерл<ав:�1е кварца (несвязаrmого Si02) дomкr-ro
быть не менее 50 %;
щелочей ( в пересчете на Nа2O)-не более 3,6 %;
пылевидных, илfrстых и гmrнистых частиц размером - менее
0,05 м:м r-re более 15 %;
серr-rистьrх и сернокисльrх соещrнений в пересчете на S03 r-re бо­
лее-2 %;
ст-оды - не более 0,5 %;
органических примесей (колориметрическая проба) - не темнее
цвета эталона;
зерновои состав-не нормируется;
средняя насьmная плотн:ость-не нормируется;
посторонние засор.ю:0ЩI1е примеси - не допусr<rоотся.
Шлаrш дoл)ran,r соответствовать ГОСТ 3476 и содерл<ание в mrx
серв:оrа1слых и серш1стьrх примесей в пересчете на S03 должна быть
не более 2 %, загрязняr-ощие пр:и1v1еси н:е допускrоотся.
Золы доmкны соответствовать ГОСТ 25828, кроме содерл<ания
свободного окси:да кальция, r<оторое н:е регламеr-rтируется.
В зависимостfr от вида кремнеземистого компонев:та различrоот
следу:1:ощие видывя)кущего вещества:
- известково-кремнеземистые, состоящие из тот-п<омолотьrх из­
вести и песка (кварцевого, кварцево-nолевоmпатового, nолими­
нерального состава, отходов горнообогатительвъrх комбинатов);
- шлаковьrе, состоящие 11з металлургического, сроссрорного или
топливного шлака 11 извести;
- известково-зольные, состоящие из тонкомолотьrх извести и то­
nлив1n,тх зол;
- известково-аглопоритовые и др., состоящие fIЗ :извести и отходов производства т,rскусствеr-1ньrх пористых запошrителеи;
- известково-белитовые, состоящие из тон:r<омолотьтх продуктов
низкоте:rvmературного об)КJ,!Га известково-I<ремнеземистой шихты и
песка или белитовог9 (нефелинового) шлама 11 песка.
l(o:rvmoнeнт BillI<YЩeгo - 11звесть доляrnа удовлетворять требова1mям ГОСТ 9179 со сr<оросты-о гаIIIения не более 25 мин.
В качестве меm<ого запоЛНfпеля Сf1ликатного бето:на применя�от
прир-одвъrе 11 дробленые пески, удовлетворяющие требованиям
ГОСТ 8736 и ОСТ 21-1 «Песок для производства fIЗдешrй автоклав­
ного тверден:ия». При этом средняя насыпная плотность песка дошк­
на быть r-re мeiree 1300 кг/м3;
V
123
содерл<ание зере1-1 размером от 5 до 10 мм- 1-1е более 25 %;
содер)I<ание пылевидных, ишrстых и глинистых частиц размером
менее 0,05 мм не более- 3 %;
содер)!<ание орга1шческих примесеи не темнее цвета эталона;
содержание кварца (несвязавного SiO2) не r-1ормr-1руется;
содерл<ание- в пересчете на Nа2O-не более 3,6 %;
содерл<ание сернистых и сернокислых соединении в пересчете
на SO3 не более - 2 %;
содер)кание сmоды r-1e более- 0,5 %;
постороr-mие засоряrощие примеси (древесю-Iа, глыбы песчаника
и глины, камни, металлы и др.) - не допускюотся. Содерл<а.I-Iие оки­
слов К2O (по кашrевому полевому шпату) пересt.п,rтывюот на содер­
)Кание Na2O (по на'Iриевому полевому шпату) ум:ножением количе­
ства К2O в % 1-ra 0,66. Содер)каr-rие щелочей (К2O + Na2O) и сmоды
определяrот только при поступлении песка нового месторол<дения.
В качестве круп1-rого запоm-11пеля пр1,rме1-IЯIОТ щебе1-rь из плот­
ных горных пород, щебе�-rь из гравия ил11 доменного, фосфорного и
других в:идов шлака размером зерен не более 20 мм, отвечюощие
требованиям ГОСТ 10268, ГОСТ 5578, искусственный безоб)!<ИГОвьrn силикаТI-IЬIИ гравии, а таrоке пор11сть1е заполнители, отвечающие
требовм1иям ГОСТ 9757, ГОСТ 11991, ГОСТ 19345, ГОСТ 9759,
гост 9760, гост-25592.
Для регулирования свойств вюкущего, бетонной смеси и бето�-rа
применяrот следующие добавки:
- гипсовый камень по ГОСТ 4013 -для замедления гидратацюr
извести:;
-триэтаноламин (ТЭА) по ТУ 6-02-916 - для повыше:ния раз­
молоспособности компонентов вя)кущего 11 пластифю<ации бетонньIХ смесеи;
- кремннийорганические )КИдкости ГIOI{-1 О и ГКЖ-11 по
ТУ 6-02-6976-74, синтетическая пластифицируrощая добавка СПД-М
по 1'У 38-303-18-84;
- ПОВер:ХНОСТНО-аI<ТИВI-IЬIЙ щелок (ТУ 6-03-26), ЛСТ ПО ОСТ 13183-83, сульсриm:о- дрО)!ОКеВУJО брМ<I<У (СДБ) по ОСТ 81-79-74 для
улучшения удобоукладьmаемости: и воздухововле�е1-шя. Могут исполь­
зоваться и др1тие добав1<И. При этом эффективность их применеr-шя
дorora-ra быть проверена в конкретm,IХ производствеmrьIХ условиях.
Вода для приготовления силю<атного бетона доrокна отвечать 'Iре­
бованиям действующих стандартов на воду для приготовле1-шя бетона.
Для армироваmrя сборньIХ деталей из плотного сиmn<атного бе­
тона применяют арматуру и за1<Лад1-rь1е детали в соответствии со
СНиП 11 .203.01 :и ГОСТ 10922.
V
V
V
V
124
Твердени:е силикаn-rьrх бетоr-rов осуществляr-от в автоклавах, в
которьrх с помощы-о парасоздается температура свыше 175 ° С и: дав­
ление 0,8-1,0 МПа.
Сущность превращеr-rия известково-песчаной смеси из легкоразмокmощего :и малопроч1:rого материала в проЧI-IЫИ и водостоикии
камеr-rь зю:<лючается в следующе:tvr. При естественньrх условиях песок
в известково-песчаньIХ смесях шrертен и не способен химически
взаимодействовать с известь:�:о. В результате этого пр:иобретеr-rие
прочности известково-песчаIIЬrми: растворами: в естественньrх усло­
виях достигается глав:ньrм образом за счет твердеr-rия извести. Одна­
ко в среде насыщеr-rr:rого пара (100 % влmrа-rости) при температуре
170° С и выше кремнезем приобретает химическуr-о активность и на­
чинает быстро взаимодействовать с :известью по уравне1-ш10
Са(ОН)2 + Si02 + (n-l)H20 = СаО · Si02 · пН20,
образуя гидросиликаты кальция-прочное и водостойкое вещество.
Автоклав представляет собой стальной ц:ишщцр диаме-rром 2 м :и
более, длmrой до 20 м, с торцов герметически закрывающийся I<РЬШJ­
ками (рис. 6.1). С повьmrением температуры ускоряется реакция меящу
известы-о и песком, r-ro при температуре 174 ° С она протекает в течение
8-1О ч. Быстрое тверде1-rие происхощп не только при высокой температуре, но :и высокои влmю-rости, для этого в автоклав пускmот пар давлением до 0,8 :мnа, и это давление выдер}ки:вают 6-8 ч. Давление пара
поднm1ают и сr-оока:ют в течение 1,5 ч. Цикл запариваr-rия про­
доmкается 10-14 ч.
v
V
V
V
/
/
l3JlP
,
.
,
-. \
'
'!
\
•1
_/
"'8 0,8
-::t
"
�
� 0.7
§ 0.6
� 05
,
...
В( о
� о
100 200 300 400
Рас.,оо 8оды, кгlмЗ
......
�
i
r----...;-.._
s·
-э.О.4
�
• 1
/00
200
!
!
'--t
�
300
400
Расход воды, кг/,,13
б
а
Рис. 31. Состав силикатного бетона прочностью 20 МПа в зависиrvrости от
вла)кности смеси и дисперсности молотого r<Варцевого песка
Состав силикатного бетона рассчитываr-от двумя способам�:-r. Ес­
ли известна акти:вность извесn<ово-кре:tvmеземистого в.юкуrцего, определенная по стаr-rдартнои методике, но с применением автоклавr:rои
обработки, то молrnо использовать расчетно-эксперимеr-rгалыrый меV
v
125
тод для цементного тя.)келого бетона, вводя в 1-rего 1-rеобход:и::rv.rые по­
правки, учитывающие ocoбermocm свойств и теыrологии силикатно­
го бетона.
ПроЧI-rость сил:икаnrого бетона устанавлива1от по результатам
испытания после автоклавr-1ой обработки.
Расход воды в силикаnrых бетонах устанавливают по результа­
там предваритель1-rых r1спьrтаний бетонной смеси состава 1: 1 :2 уточ­
r-rя.1от по результатам пробных замесов.
Расход песка
П = [1000- (Цш< /рШ< + В)] Рп,
где Цик - расход известково-кремнеземистого вmкущего, кг; Рик - rmотность
вmкущего, кг/л; Рп - плотность песка, кг/л.
Око1-rчателъный расход материалов уто1:.шяют по результатам
пробr-IЪrх замесов.
Если активность :извесn<ово-кремнеземистого ВЯ)кущего не11з­
вестна, то состав МО)Iсно рассч:итать на основе опьrn-п,rх. зависимо­
стей, связьmающих прочность силикатного бетона с его плотностыо,
качеством извести, водоцементным оnrоше1-1:ием, тоr-rкостыо помола
песка, соотношением между известыо и: то1-1комолотым песком и
друг:и::rv.rи факторами.
При использовании негашеной извести ориентировочно проч­
ность плотного силикатного бетона МО)IСНО определить по формуле
Rб = 40,5
(Sмп /1000 + 1,6 / (Ц/В -1)) + 180,
где Sмn - удельная поверхность молотого necrca, c'Nf/r.
При использовании гашеной извести, обладающей весьма разви�
то:и удельнои поверхностью, из:rvrенение дисперсности молотого песка оказывает 1-rезначительн:ое BJШЯI-n1e на прочность бетона и им
молсно пренебречь. Поэтому ориентировочно прочность силикатн:ого
бетоr-rа в этом случае МО)IСНО определить по формуле
�
Rб
= lбО(Ц/В-1)+ 140.
Однако для получения качественного бето1rа необхо,щ,rмо песок,
используемый в качестве то11комолотой добавхси, домалывать вместе
с известыо-пушонкой. Вследствие повышенной плотност11 силикат­
ный бетон на негаше1-1ой извести на 20 ... 30 % прочнее бетоr-rа на га­
шеной извести (при одинаковьrх В/Ц). Мин:и::rv.rальное количество из­
вестково-песчаного вюкущего, обеспечивrоощее получе:ние плотх-1ого
бетон:а:
126
где ВВ - объем воздуха, защемленного в уплотненной силиr<атобетонной
смеси; ky = Р влl р 1п - коэффициент уплотнения песка при различньIХ спосо­
бах формования; Рп - плотность сухого немолотого песка в уплотненном
состоm-rии (при объемном вибрировании с пригрузом ВВ = 0,05;
ky = 1,15...1,25; при формовании: сr<ользящr-:rм виброштампом ВВ = 0,04,
ky = 1,3 ...1,4; при формовании на стенде с:r,шового ви:бропроката ВВ = 0,035;
ky= 1,35... 1,45);
- коэфф1щие:r-п раздвIDЮ<И зерен немолотого песка тонкомолотой
добавкой i,r и:звестью:
3
{
}
)
n1, = (Dcp-dcp / Dc p ,
здесь Dcp - средний поперечник зерен немолотого песr<а, мм;
Dcp
3,la1 + О,9а2 + О,45а3 + О,25а4 + О,12а5 + О,45а6
100
,
а 1_••• а5 - частные остатки соответствеmrо на 1,2; 0,6; 0,3; 0,15; 0,09 мм;
а6 - количество песка, прошедшее через сито 0,09 м1vr; dcp - средний попе­
ре-.:.rник зерен 1v1олотого песка, 1vrм;
dcp =26,5 /(Sмп - 850).
Для придания сил:икатобетонной смеси требуемой подвила-rости
расход вюкущего уве.т:rс-швают. Действитешнь:d'r расход вmкущего
(т/м3)
Ц=пЦо,
где n - коэффициент избытка теста вяJкущего.
КоэффIЩИеI-п п зависит от требуемой влюкности смеси, поскошку
имешiо влажность смеси определяет ее )Кесткость (табл. 6.2). Жесткость
смеси, необходимая для ее качественного уплоmеrшя при разл:ичньIХ
способах формова:r-шя изде.ли:й, прmзедена в табл. 6.3.
Таблица 6.1
Влажность сили1<:атобетонной смеси, обеспечива1ощая дан11у�о ,кест1<:остъ с1неси на различных песках
Влажность
смеси,%
11
12
14
16
17
)]{есткость, с, пои rrоr-:rменении песка
I{рупного
очень меm<ого
1v1елкого
среднего
Р 1 п = l:2-1,29 р 1п =1,3-1,39 Р 1п =1,4-1,55 Р 1п=1,56-1,65
25
-
-
20
15
-
30
10
6
127
30
15
5
4
15
6
3
2
Таблица 6.2
)Кесткость сили1<:атобетоппой смеси
Способ форrv1ова1-1ия
Вибропрокат плит с npиrvreнeниervr
виброседечииков
Жесткость, с
Время виброуплотнения, мин
30
3.5
25
20
15
Вибропоокат
Виброштампование
I-Ia виброплощадках с •,т, pyзorvr
В кассетных формах
На виброплощадках
,
3
2.5
2
1-1.5
1-1'5
4
4
Расход извести, т/м3 :
И = Иа/А;
Иа = Ц /(1/а+ 1,54),
где Iifa - содер>ка:rше актив:ной извести, т/м3; А - содержание активного ок-
сида кальция в товарнои извести, доли едив:ицы; а - соотношение rvre)l<Дy
активным оксидоrvr кальция и молотым песком.
Соотношен11е :rvreлщy активным окси:дом кальция 11 молотым
песком в вюкущем �азначаrот исходя из условия получен:ия в резуль­
тате автоклавной обработки гидросх-rликатов кальция оптимального
состава при: мх-rнимальном расходе извести. В зависи:rvrости от круп1-rости песка и задаm-хой прочности силикаn1ого бетона расход актив1-1ого оксида кальция мола-rо определить по табл. 6.4
Таблица 6.4
Содержание активного 01<:сида I<:альция сили1<:атобетопной сrнеси,
0
/о по массе
ПроЧI-�ость
бетона, МПа
20
30
40
50
Очень мешош
6,5
7,5
9
10,5
Песок
Меm<Ий
Средний
6,2
7,2
8,5
9,5
6
7
8
85
'
Расход молотого пес1<а (т/м3)
Пм= Ц-И.
Расход 1-1емолотого песка-заполнителя (т/м3)
Пм = 2,5 - (2,5 - Рп !т )
128
Крупный
5,8
6,5
7,5
8
I{оmrчество воды в бето�-пrой смеси (л!м3):
В =Ц ·В/Ц.
Плот1-rость уплотнен1-rого силикатного бетона (т/м3):
l
Р б
= ц + п.
При: определени:и состава силикатного бетона следует иметь в
виду следующее: 1) чем мельче цесок, слу)кащий запоm-Iителем, тем
1vrеньше доmкв:а быть размолота та часть песка, которая вхощп в со­
став вmкущего; 2) чем выше задаrmая прочность бетона, тем больше
расход вmкущего; 3) расход вяя<ущего для получеI-IИЯ силш<ат�-rого
бетона задаrmой прочности yiv.rer-IЬшaeтcя пр:и увеличении дисперс1-rости меm<ого песка и растет при увеmrче:нии формовоЧI-rой влая<I-rо­
сти си:ли:катобетонной смеси:; 4) дисперсr-Iость молотой извести
доmкна быть в 2...2,5 раза выше дисперсности молотого песка.
Для быстрого определения орие1ттировоч�-rого состава силикатного
бетона прочносп1 20 МПа MO)IO-IO пользоваться графиком (р11с. 6.1), со­
ставленным 1-ra ocr-roвe приведенных с]_)орм:ул. В этом слуr-1ае вначале
по табл. 6.2 определтот 1-1еобходиму:ю я<есткость смеси, затем по
табл. 6.1 устанавливаJот влюrа:rость смеси и по графику на р11с. 6.2
определяют расходы в.юкущего, активr-Iои извести, немолотого песка,
воды затворения и плот1-rости свея<еулоя<енного бетона.
Рб. кгlм.З
Ц, В, Иа, кг/мЗ
-1
2000
400
/(
/800
300
1600
200
1400
/ 11а
4
12
/О
14
16
н,:%
100
/0
/2
14
/6
и,:%
б
Рис. 6.2. Состав силикатного бетона прочностью 20 МПа в зависимости от
влал<Ности смеси и дисперсности молотого кварцевого пес1са
Cl
6.2. Гипсобетон
ГипсобетоI-IЫ, примеr-ыемые в строительстве, изготовЛЯiотся 1-ra
ос:нове гипсовых в.юкущих воздушr-rого тверде1-Iия следуrощего вида:
строителы-rьrи :и высокопрочныи гипс, ангидритовьш цемент, аr-IГидритовое вmкущее, эстрих-гипс, природныи аr-rгидрит.
V
V
V
v
129
Классификац�rя гипсобетонов представлена в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Классифи:кация гипсобетонов
Прwзнак
Вид гипсобетона
классификации
2
1
Определение
3
Гипсобетоны строительных конструт<ции и здании,к которьп"1 предъявляют
Конструт<ЦI.:rоmIЬ1е
требования,хара1сrеризующие
1vrехани:ческие своиства
ГипсобетоIIЬI,к которым предъявляются функциональные требования в соотФункциональные
ветствии с условия1vrи эксrmу:атации
V
V
V
Основное назначение
I<OHC11.Jу"1�•л 11I
-·- --
Конструтщиоr-шофу:нкциональнь1е
V
Гипсобетоны конструкций
и зданий,к которым вместе с
требованиями, характеризующm,,rи
механические своиства,предъявляются
функциональные требования,у:читываrощие услов:ия их ЭI<сплу:атации (теплоизоляциоr-шые, коррозионно-стоикие,
декоратив.ные,радиационно-защи'ПIЬiе)
Гипсобетоны со средней
плотностыо менее 500 кг/м3
Гипсобетоны со средней
3
ШIОТНОСТЬЮ ДО 1800 кr/м
Гипсобетоны на плотнъIХ кру:пнr:.1х и
мелких запошrителях со среднеи плотностыо до 2500 кг/1vr3
Гипсобетоны со средней
плотностью более 2500 кг/м3
V
Особо леп<1.:rе
Средняя плотность
Легкие
Тюкелые (обычные и мелкозерIilICTЫe)
Особо тюкелые
На неводостойких
ГИПСОВЫХ ВЯ)Ку-
щих (НГВ)
Вид вяжущих На водостойких
смешанных гипсо-
V
Гипсобетоны на воздушных гипсовьтх
вяжущих веществах
Бетоны на гипсовых ВЯ)кущих
веществах,содер)кащих
минеральные компоненть1
ВЫХ ВЯ)l<у:Щ:ИХ
ки добавк
(ВГВ)
с е
ичезапоmfИТелях
I-Ia плотных за- Гипсобетоны
и из nлоти химна
IIЬIX горных пород или плотных шлаков
пош1ителях
Вид и I<ру:пГипсобетоны на искусственных :и приность заполни- На п9ристых зародных,I<ру:пных и мелких пористых
полнителях
теля
запошrителях, а та1оке на r<py:nIIЬIX пористых и мелких Шiотных заполнителях
130
Признак
Вид гипсобетона
1тассификации
2
1
Определение
3
Гх,mсобетою,1 на заполнителях из отходов
перерабо11си древесшп.r (оп:и:шси, волоrа-rа,
I-Ia органических
стрркка) и раститеJТhного сырья (соломазаполнителях
сечка, костра лубяньIХ ку!Тhтур, волокно
кa�rьmra и т.п.)
Гипсобетою,1 на заполнителях из рудоНа особо плотнъIХ
содер)l<ащих горю,хх пород высокои
заполнителях
плотности
Гипсобетоны, у I<оторых все простран­
ство мея<ду зернами заполн�rгеля зани­
мает затвердевшее вяжущее,
а поры вовлеченного воздуха не пре­
вышах-от 7 %
Гипсобетонъr, у которьIХ все простран­
ство ме)кду зернами запоm-rителя зани­
мает затвердевшее вюкущее, поризо­
Поризованной
Структура
ванное воздухововлекающими, пено­
струт<туры
и газообразующими добавками,
при содер)кании вовлечеш-rого воздуха
более 7 %
Гипсобетоны, состоящие из затвер­
Ячеистой струхсrу­ девшего гипсового ВЯ)I<ущего или рас­
твора с высокопористой структурой и
ры
равномерно распределеню,1ми порами
Гипсобетоны без меm<ого запоm-rителя
Крупнопористой
с незаполненным затвердевшим ВЯ)l<у­
структуры
щим пространством ме)кду зернами
IФупного заполнителя
Уrтадываемый по ВысокоподвIDI<Шiе гипсобетош-rые
смеси, заполншощие формы без мехалитьевой
ническtIХ воздеиствии
технологии
Условия уп­
Гипсобетонные смеси различной кон­
лотнения
систенции, уI<Ладываемые в формы
Уплоnшемый
с применением вибрационных
вибрацией
воздеиствии
Плоnrой
структуры
V
V
V
V
По способу образования в ячеистом гипсобето1-1е высокопористои структуры таюке различа�-от:
- газопmс, получае:мьrй или ввeдemre:rv1 газообразующих. добавок;
- пеногипс, получаемый пр:имеr-:rеr-rием пе1-1ообразователей;
- порогипс, получаемый без газо- и пенообразователей.
V
131
Растворы на ос:нове гипсовых вюкущих. веществ подразделяют:
- по наз1-rаче:нюо - на кладоЧI-Тhrе (монтал<НЬrе), отделоч:ньrе (шту­
катур:ньrе, шпаклевоЧI-rые, декорати:в:ньrе), спещrальнъrе (для полов, ог1-rестойкдх, акустических, ради:аци:онно-защитЕ-ТhIХ покрьпий и др.);
- по средней плотности: - на обычньrе (тя)lселые)- от 1500 кг/�
и легкие- меr-1ее 1500 кг/м3 ;
- uo виду вюкущего - на 1-rеводостоиrа1х гипсовьrх вюкущr-:IХ
(НГВ), предr-1аз1-1аченные для внутреI-II-IИХ помещений с относитель­
ной влалаrосты-о воздуха до 75 %; 1-ra водостойr<ИХ гипсовьrх вmку­
щих (ВГВ) - для помещений с повышен1-1ой вла)ю-Iостью воздуха :и
для нарулаrых строитель1:n,rх работ в соответствии со СI-IИП II 3-37.
Гипсовые вяжущие получа1от термичесrсой обработкой природ­
ного г:ипсового камня 11ли гипсосодер)кащих отходов. При обработке
сырья при температуре 140-170° С получаr-от обьrчнь1е гипсовые вя­
лсущие (строительный гипс, иногда на рынке называемый алебаст­
ром), состоящr1е в ос1-rовном из полугидрата сульфата кальция
(�-модифиrсации (�-CaS04 · 0,5 Н20). При обработке в автоклаве при
температуре 105-110° С и давле1-1ии 0,15...0.3 МПа получаr-от высоко­
прочr-1ый гипс ( а-модификациr1).
Строительный гипс характеризуется высокой водопотреб1-rосты-о
(55...65 %) :и сравr-1ителыrо 1-rизкой прочносты-о 2... 7 МПа. Высоко­
прочный гипс имеет ме1-n,шую водопотреб1-rость (35... 40 %) и боль­
шую проч1-1ость 10 ... 25 МПа. Все гипсовые вmкущие являются, бы­
стросхватыва1-ощимися (как правило, 2 ...20 мин) и быстротвердею­
щими. Для замедле1:rия схватывания используют добавки: столяр1-rьrй
клей, СДБ, кератшrовый замедшrтель, борную кислоту, ПВА и др.
По проЧI-rости гипс делят на двенадцать марок от Г-2 до Г-25, в
строительстве в основном использу�от гипс марок Г-4...Г-7. Гипс при
тверден:ии r-rесколько увеличивает свой объем (на 0,2 %), что полезно при :изготовле1-rии архитектурr-Iьrх и декоративньrх детален и позволяет применять его без заполнителей, тем более что гипс плохо
сцепляется с запоmrителем и сталь1-о, которая в нем корродирует и
требует специалыrой защиты. Вместе с тем гипс хорошо сцепляется
с древесиной и его целесообразно армировать деревяI-II-IЬIМИ рейками,
карто1-rом и другими подобньrми материалами.
Плоп-rость затвердевшего гипса сравнительно 1-rизкая (1200...
1500 кг/�) из-за значительной пористости (60... 30 %).
Гиr:rс обладает высокой гигроскопwп-1остью, т. е. способ1-rостью по­
глощать влагу из воздуха. При увлюrа-�ении затвердевший г1mс 1-re толь­
ко зr-rачительно (в 2-3 раза) снюкает прочr-Iость, 1-10 и об1-rарулатает вы­
сокуr-о ползучесть - медле1-rное 1-rеобратимое измене1:rие размеров и
V
132
фoplvffiI под нагрузкой. Поэтому пmсовые издеJШЯ целесообраз1-10 ис­
полъзовать в сухих условиях или применять специаm,ные мер:ь1 по защ:ите их от увлажне1шя 1ши повышения водостоикосn1 пmса.
Профессором А.В. Воmкенским бьши предло)кень1 гипсоцеме:н­
то-пуццолановые вяжущие, которые получа1от, смешивая (% по мас­
се) полуводный гипс (50 ... 70 %), портлав:дцемент (10...25 %) и ак­
тив:нуr{) мийеральную добавку (10 ...25 %) - трепел, диатомит и др.
Эти в.ткущие от1rосятся к п1дравлическим и име1от более в:ь1соI<У1О
водостойкость (80... 90 %), чем строителы-rый гипс.
В обычньIХ условиях гипс 1-1ельзя смешивать с цеме1-rгом, таI<: KaI<:
при их взаимодействии получается неусто:йчI,rвый материал, дефор­
миру�ощийся и разрушающийся вследстви:е образования 1Зысоко­
сульфаn1ой формы гидросульфоалюМИI-rата кальц:ия, криста.r.rлизут{)­
щегося с присоединением 31-32 молекул воды и з:начителы-r:ь1м уве­
личением объема. Актив1-1ая минеральная добавка связывает Са(ОН)2
и у:rv1еньшает ее содер)ка1mе в .)кидкой фазе, в результате получm:{)Т
низкоос1rовньIЙ гидросульфоашоми:нат кальция без заметного увеm1че1mя объема, уплотfIЯI{)ЩИЙ и упрочняющий структуру гиnсового
камня и обеспечивюощий стабилы-1ость затвердевшего в.ткущего. На
ЩПВ MO)КfIO получать бето1-r марок М150...М200.
В настоящее время разработан:о композицио1-п-rое гипсовое вя­
)l<:уЩее, в которое 1-rаряду с гипсом включены 1-rеботшие добавки
портлаI-rдцемента, актив1-rого минерального компо1rе1-1та, суперпла­
стификатора, МИI<:рокремнезема и 1-rекоторые другие добав!<:И. Это
вя)кущее в 1,2... 1,5 раза проЧI-Iее ЩПВ и еще более водостойко.
Гипсовые ВЯ)l<:ущие явлюотся экологически чистыми, готовятся
по срав1mтелы-rо простой энергосберега1ощей тех1rологии, и следует
ожидать з1-rач:итет1rого расш:ирения их примене1шя в строительстве.
Гипсобетоны хараr<:теризут{)тся гигие1rичносты{), от1rосителы-rо
небольшой средней плотностыо, высокой тепло- и звут<:оизоmrрут{)­
щей способ11остью, оп1естойкостыо, архитектур1-1ой выраз11телыrо­
стыо, высокими технико-экономическими показателями.
Однако бето:ны 1-ra этих вюкущI1Х rшеют ограIШчения в области
приме1-1ения, обусловле:ю-rые специфИЧI-rость10 их свойств: от1rоситель:ная малая плотность и проЧI-rость, что связа1rо с высокои :водопотребн:остью гипсовых вял<:утЦИХ (50-70 % для строителы1ого гипса),
низкая водостоикость, характеризующаяся резким понюкением
проч1rости при увла)кнении; повьппе1п-rые пластические деформации
пр:и·увлажнении и з1rачителы-1ая ползучесть под r-rагрузкои.
Бетоны 1-ra гипсовых вял<:уЩИХ отличаются такл<:е 1rедостаточным
сцепле1-rием гипса с арматурои.
v
v
V
133
6.3. Физи1(0-механичес1(ие свойства гипсобетонов
ПроЧI-rость - иr-rтегральная характеристиr<а, зависящая от
свойств ко:rvшо1-rе1-1тов бето1-rа, его состава, способа приготовления,
условии твердения, испытания и эксплуатации.
Для бето1-1а одной из ва>Imейmих строителы1O-техн:ических характеристик является проч�-1ость на С)катие.
Её опредеЛЯI-от каr< среднее значе1-1ие испьпаний образцов-1<убов
с длm-rой ребра 70, 100, 150 и 200 мм, принимаемой в зависимости от
наибольшей крушrости заполнителя, которая дomn1a быть в 3 раза
меньше, минимального размера образца.
Для растворов или при использоваmш отливок из вткущего без
заполнителя прочность 1-ra сл<атие опредетпот на половинках образцов­
балочек размера:rvпr 40 х 40 х 160 :мм, после и::х. испьпа:ния r-ra изгиб.
Услов:ия твердения бето:нов на :неводостоЙI<ИХ. ГИIIсовьrх вmку­
щих - воздупm:о-сухие при температуре ( 20 + 5) 0 С, I-Ia водостойких
гипсовьrх вmкущих - воздушно-влалmые при температуре ( 20 + 2) 0С
и оn1осительн:ой влrокности воздуха (90 + 5) % (ГОСТ 10180).
Испьпания образцов-кубов или выбуренных из конструкций:
цишrндров проводят в соответствии с указанным стаrщартом. Обра­
зец с ребром 150 мм принят за базовый. ИспытаfIИЯ образцов­
балочек размером 40х40х160мм проводят по ГОСТ 310.4 или ГОСТ
23189 (НГВ).
При определе1-IИИ проч�-rости по образцам, отобранным из I<онст­
рукций, следует руководствоваться ГОСТ 28570.
Показатешr проЧI-rости на с)катие ко1-1струкциоI-п-rьrх бетонов и
растворов I-Ia разЛИЧI-IЬIХ гипсовьrх вяжущих, обобщающие мн:ого­
числеI-rные эксперименталыIЫе данные, приведены в табл. 22.
Прочr-rость на растял<еr-IИе и растял<еIШе при изmбе бетонов и: рас­
творов I-ra гипсовых вткущих в 6-8 раз JШ)!<е прочности на C)!<anre.
Водостойт<ос1пь. Её оцеIШвают величиI-rами коэффицие1-1тов раз­
мягчеfIИЯ и ВОДОСТОЙI(ОСТИ. Второй применим для бетОfIОВ на водоV
V
СТОИI<ИХ ГИIIСОВЬIХ ВЯЖуIЦИХ.
КоэффициеI-rт размягчения К Р представляет отношеIШе прочно­
сти образцов mпсобетона или раствора в водонасыщеI-II-rом состоя­
fШJ-I к ПрОЧfIОСТИ образцов, выcymefifIЬIX до ПОСТОЯIШОЙ массы:
КР= Rнас / �.м·
к
КоэффициеfIТ ВОДОСТОЙI(ОСТИ в paвefI OTfIOШefIИI-0 прОЧfIОСТИ
образцов гипсобетоI-rа в возрасте 28 сут (или другие сроки), хранив­
пшхся в воде, к прОЧfIОСТИ образцов, xpaI-II-IBIIШXCЯ в ВОЗдуПifIО-сухих
134
услов:иях при от1-1осительн:ой влаяшости воздуха до 75 % и темпера­
туре 20+2 °С:
Таблица 22
Прочность па сжатие бетонов и растворов па rи:псовых вяжущих
ВЯ)l<)'Щее
Строительный гипс
Высокопрочный
гипс
Ангидритовое
Эстрих-гипс
Водостойкое гипсовое ВЮI<УЩее
Прочность бетона на сжатие,
МПа
лёгкого
меm<о..
на запошrителях.
тюкелого зернистого
и раствора пористых органических
4,5... 8,0
2,0... 8,0
0,5...2,5
3,0 ... 9,0
2,5 ...4,0
15,0 ...30,0
3,0... 15,0
2,5... 10,0
3,5...20,0
3,5...5,0
7,0... 15,0
2,0... 12,5
1,0...7,5
3,5... 15,0
3,0 ...7,5
4,5 ...8,0
2,0... 13,5
1,0... 10,0
-
-
9,0...35,0
5,0...25,0
2,5... 15,0
5,0...22,0
3,5...9,5
ЛpUJwettaнue. прочность раствора - под чертой
Морозостоfп<ость, определенная по ГОСТ 10060.1, характеризу­
ется следу1-ощв:м:и марками для бетонов 1-ra ВГВ:
- конструкциоI-II-rых (тmкелых и меm<озерIШстых) - F35, F50,
F75, Fl00, F150;
- ко1-1струrщио1-п10-ф)'1-rкциональ1-rых (легких, марок по средней
ПЛОПIОСТИ D1000 ... D1500)-F25, F35, F50, F75;
-ячеистых (Dl00 ...D800)-Fl5, F25
С1пойкость в агрессивных средах. Бето11Ь1 и растворы на ос1-1ове
гипсовых вя)кущи:х облада1от повыmе1-п-1ой стойкостью в сульфат11ЬIХ
растворах rrnзкой (0,2 %) и высокой (3 %) конце1-rтраций, а таюке в
мm-1ерализован1-rых грунтовьIХ водах.
135
6.4. Подбор состава гипсобетона
Круп:ный запоmmтелъ для бетона выбираr-от по следующим: по­
казателям: 1-rаибольшей круm-1ости и: зерновому составу, содер)канm-о
пьmевидн:ых и глинистъIХ частиц, вреДI-rьIХ примесей, форме зере:н,
проч1-1ости, coдep)KaI-IИI-O зере:н слабьIХ пород, петрографическому
составу и радиацио1-11-10-гигие1-rической хараr<теристm<е. При подборе
состава бетона учитыва1от та1оке плоТ1-1остъ, пористость, пустоТI-rостъ
и водопоглоще�rие запошrителеи.
Наибольшая крупностъ запоm1ителя указывается в стандартах,
технических услов:иях или рабочих черте)ках бето1-п-rьIХ или )Келезо­
бетонньIХ ко1-rструкций.
Меm<Ие запол�rители - пески природные и из отсевов дробле1-rия
горных пород, а таrоке их смеси.
Пес1<И различа1отся по зерновому составу, содер)l<а1-rию пыле­
ВИДI-IЬIХ и гЛИI-rистых частиц, петрографическому составу и радиаци:01л-10-г:игиеническои характерисТ11ке.
Для тяя<елых и мелкозернистьIХ гипсобетонов (растворов) таrоке
исполъзу�отся щебе1-IЬ и песок из шлаков тепловых электростанций и
щебень и песок из шлаr<ов чер1-rой и цвет1-rой металлургии.
Запош1ители для легких бето:нов подразделяются 1-1а IJ)ав11й и
щебе1-IЬ керамзито:�зые, гравий шунгизитовый, гравий аглопоритовый,
щебе1-rь аглопоритовый, щебень шлакопемзовый, песок керамзитовыи и шунгизитовыи, песок аглопоритовьш.
Прирощ-rые пористъ1е заполнители подразделяют по размеру зе­
ре1-11-ra следу�ощие фраrщии, мм: от 5 до 10, от 5 до 20, от 5 до 40, св.
10 ДО 20, СВ. 20 ДО 40.
Марки по н:асьшной плотност:и ще61-rя - от 300 до 1200, пес1<а от
500 до 1400.
Органичес1mе запол1-rители для гипсобетона - это отходы пере­
рабоТI<И древес111-rы и растительного сырья: древес1-rь1е om1m<И,
струяа<а (ф11бра), солома (сечка), I<остра лубяI-IЬIХ культур, волоrа10
камъrша и т. п.
Насыm-rая плоТI-rость древес1-rого заполнителя в воздуш1-rо-сухом
состояr-rии в зависимости от породьI древесш-rь1, размера и фра�щи01-шого состава частиц находится в и1-rтервале 150 ... 250 кг/м3 • Дре­
весные опиm<И имеr-от размеры от 2 до 5 мм, их влаяrnость не дomrrna
превьппатъ 20 %.
Химичесrmе добавки подразделяr-отся 1-ra:
- регуm:rрующие свойства гипсобетонных смесей (пластифици­
руr-ощие, воздухововлекmощие, регулирующие сроки схватывm-п,rя и
др.);
V
V
V
136
- повышаrощие проч�-1ость, морозосто:икость, коррозишrуIО стоикость бетонов 1-ra гипсовых в.юкущих (воздухововлека1-ощие, mll'иби­
торы коррозии стали и др.);
- придаr-ощие гипсобетону специалы-rые свойства (ги:дрофоби:зи­
р-уI-ощие, бактерици:д:нь1е).
Расчет состава гипсобетов:а требуемой прочности 1-ra плотных
заполнителях MO)KI-IO вьшолнять по формулам с учетом используемо­
го вmкущего.
При использоваr-rии строителыrого гипса:
V
Rб =l{ · А
В/Г =
а[
г сх,-0 5
,
в
Г' 05
В' '
( s)]
sJ]
V
V
;
А
Rб
Г' О
К В' '
+ О 5А;
'
В. а[!i(Г' -О'
+ О ' 5А
'
В
К
г =---'-----------А
При и:спользова1-1ии: высокопроч11ого гипса:
г -05
в
Rб :=]{·А --
,
Г' 05
В' ,
А
s)]
в[!i(.!:-о sJ] о sA
В/Г :=
Г' О
[� (
К В' '
J{
В'
,
+ О 5А,
'
+ ,
г = ----==-------=---­ ,
А
где R6 - предел проч�ости на С)I<атие, образцов высушенных до постоянной
�rассы, МПа; А - активность вял<ущего, МПа; В/Г и Г/В - водогrmсовое и
гипсоводное отношения г1шсобетонной с�rеси; В -расход воды, кг/м3 (табл.
6.6); Г'/В' - величина обратная нормальной густоте гипсового вял<ущего; К
- масштабный коэффициент, зависящий от вида бетона, принимаемый по
табл. 6.7; а, - коэс]_)фициент тонкости помола г1шсового вткущего, равный
1,3 для строительного гипса.
137
Таблица 6.6
При1V1ер1rый расход воды в rипсобето1rной CIVrecи:, I(Г/IVr3
Гипсовое вюкущее
Запоmп,пель
плотныи
пористыи
TOI-П<OlvIOЛOTaЯ
250
320
300
300
410
400
V
V
На основе а-полуг:идрата
(высокопрочный гипс)
I-Ia основе �-полугидрата
(строительный гипс)
добавr<а
Примечание. При )I<естких вибрирован:ных смесях расход воды СНИ)I<ается на
1О ... 15 %; при литых -увеличивается на 10...20 %.
Таблица 6.7
Значения масштабного I(Оэффициента К
Вид бетона
Образцы-кубы
легкии
с ребром, c1v1
тяя<елыи
1,0
0,70
7,07
0,90
0,65
10
0,80
15
0,55
0,50
0,75
20
V
V
При;,1.ечанuе. При использовании древесных опилок К= 0,50.
Абсол1отI-ТhIЙ объем rnпсового теста, л:
V
гт
г
=-+В,
р
где Г - расход гипса в rипсобетонной c1vrecи, кг/м3 ; В - расход воды (по
табл. 6.6), л/м3 ; р - плотность гипса в кг/л.
Абсоm-от1-rь1й объем заполнителя, л:
V"зап= 1000-Vгт.
Расход ка)!<дой с})раrщии определтот из рекомендуемого зерно­
вого состава для плотных. запоm-штелей по ГОСТ 26333, для порис­
тых - по гост 9752.
Затем устанавлива�-от вид и количество замедлителя сроков
схватывания, рассчитыва1-от расход материалов i-ra проб1-rьrе замесы,
изготовшr1от и испытыва1от образцы, определяют и уточняют расход
материалов на 1 м3 бетона по расходу составля1-ощих в выбра�-11-rом и
откорректироваimом опьпfrом замесе.
Для этого определяr-от фактический объем бето:н:ной смеси в
опытном замесе, л:
138
2-ni
vф =--,
Рб.см
где 2,т - сумма масс материалов, израсходованных на опытный замес, кг;
рб.см. - средняя плотность бетонной смеси, кг/л.
Расход ка.,кдого компо:нента М;,, кг/м3 :
1ni . Рб.см
ni i -1 ООО
М.1 = �--=----1000'
"J:,m
v:i,
где mi - расход одного (i-го) компонента, rcr.
6.5. Леr1(ИЙ бетон на органичес1(ИХ заполнителях
Проектирование состава легкого бетон:а 1-ra орга1mчес1а1Х. запол­
�-шгелях имеет свои особе1-rности, связа1-rnые со специфическими
свойствами органических заполнителей. Так, наиболее ш:ироко пр:и­
меняемые в таких бето1-rах опилки отлича1отся от обычн:ых плотньrх
заполнителей большой пустотностыо и малой подвЮI<ностью, по­
этому подвижность опилкобето�-1ной смеси достигается только при
объе1v1е в 1-1ей гипсового теста, превышающем объем пустот в опил­
ках пример�-rо в 1,45 раза. Вследствие этого расход гипсового вюку­
щсго нельзя опредсшrгь по пр:иведен1-1ым выше формулам.
Расчет состава гипсоопиm<обетона определяют из суммы аб­
солютньrх объемов компо�-rентов в 1 м3 бетона:
1000
В'
п
Г= 1
-+-+­
Рг Рд Г
где п - количество мае. ч. опилок, приходящихся на 1 мае. ч. гипсового вя­
)кущего; Рд -плотность сухой древесины, г/см 3 ; Рг - плотность гипсового
вял<УЩего, г/см3 •
Чтобы 1-rайти величшrу п, 1-1еобходи:мо знать пустоттrость сухих
опилок:
Р=1- Ро '
Рд
где р0 - насыпная пнотность сух.их опилок, т/м3 •
Тогда расход гипсового вюкущего (Г) на 1 м3 сухих опилок:
г l,45P·l ООО
=
1
-+В/Г
Pr
139
.
31-rая расход вюкущего (Г), определяrот веm,:rчину п:
Ро .
n=-
г
После этого определшот расход гипсового вюкущего на 1 м3
гипсоопилочного бето1-rа и расход опилок:
On Г ·11..
Проектирование состава бетоr-rа на водостойких гипсовых вя­
ясущих типа гипсоцементопуццолаr-rовых или композициоmп.rх,
близких по струтстуре и свойствам 1с традицион:1-п.тм бетонам, выпол­
няrот по методикам, при1-rятым для бетонов 1-:ra портландцементе.
fuDкe приведены примеры производства гипсобето1-rньrх пане­
лей и плит для перегородо1с, вентиляци:ошп.rх блоков и гипсовьrх об­
лицовочr-п.rх листов.
Изделия н:а ocr-roвe гипса MO)IGIO получатъ как из гипсового тес­
та, т. е. из смеси гипса и воды, тmс и из смеси гипса, воды и заполни­
телей. В первом случае изделия 1-rазывшот гипсовыми, во втором­
гипсобетоr-:r1-rыми.
Гипсовые и гипсобетою-п.1е изделия форМу:Еот различными спо­
собами: литьем, вибрировm-rием, прессоваr-rием, прокатом, в процессе
которьrх изделия быстро приобретают з1-:rачительнуто прочr-:rость.
Теыrологический процесс производства изделий из гипсовых 1ши
гипсобетоrmьrх смесей состоит из следутощих операций: дозирова1-rия всех компо1-rе1пов формовочной массы вялсущего, запоmmтелей,
воды и материалов, регулирующих cpo1m схватьmания гипса; приго­
товле1-:rия раствор1-rой и бетон1-rой смеси; формования изделий; твер­
де1-rия изделия - сушки ДО ВОЗдушI-IО-сухого СОСТОЯI-IИЯ.
Контрольные вопросы
1. I-Iазовите классиф:икац:r,по с:r,шикатных бетонов.
2. Какие прrnv1еюпотся материалы для пр:иготовлеюrя сИJШкатного бетона?
3. Назовите номен1illатуру из силикатного бетона для малоэтюкного
строительства.
4. Ука)l<ИТе основные преимущества и недоста:rr<И гипсовых ВЯ)I<ущих.
5. Сфор1v.rулируйте особенности подбора состава гипсобетона и ука)I<И­
те требования к исходным материалам
140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алил1ов ЛА., Воронин В.В. Технолог1,rя строитель:ных и:зделий
и: конструrщий. Бетоноведение. -М.: Издательский цен:тр «Акаде­
мия», 2010. -426 с.
2. Aлu.Jvtoв ЛА., Воронин В.В. Технология производства н:еме­
таллических строительных :изделий 11 конструrщий. -М.: Издательст­
во «Инфра-М», 2005. -443 с.
3. Ба;JJсенов Ю.М Технология бетон:а. -М.: Издательство АСВ,
2008. -500 с.
4. Гипсовые матер11аJJЬ1 и изделия. Производство и приме1-rение.
Справоч11ик. / Под редаrщией д-ра тех.1.r. 11ayr< А.В. Ферронской-М.:
Издательство АСВ, 2004-411 с.
5. НевсI<ИЙ В.А. Стро1пелы-rое матер11аловеде1rnе" l'Iздательство
Феникс, Ростов 1r/Д, 2009 - 589 с
6. Попов Л.Н Строителы-Тhrе матер11алы, :изделия 11 конструк­
ц1п1. -М.: ОАО «Центр проект1-rой продукцш1», 2012. -469 с.
7. Рыбьев ИА. Строителы1ое матер:иаловедение. -М.: Издатель­
ство «Высшая ШI<ола», 2002, -701 с.
141
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие ...................................................................................... 3
Глава 1. БЕТОНЫ И РАСТВОРЫ................................................ 4
1.1. Материалы для бетов:а ..................................................... 6
1.1.1. Портландцемент .......................................................... 6
1.1.2. Быстротвердеющий портландцемент........................ 1О
1.1.3. Сульфатостоl'п<ИЙ портлю-rдцемент ........................... 1 О
1.1.4. Портландцеме1rты с органическиl\Ш добавками ..... 10
1.1.5. Портлат-тдцемет-rты с ми:1теральными добавками ....... 12
1.1.6. Шлакопортландцеме1тт ............................................... 14
1.1.7. Белый и ЦВе'Г!-Тhiе портландцементы .......................... 15
1.1.8. Тампо1та)lа-rьтй портлаrтдцемет-rт ................................. 15
1.1.9. Гшшоземи:стый цемент.............................................. 16
1.1.1 О.Расп.шрят-ощиеся и безусадоЧI:тые цемет-тты .............. 17
1.1.11. Особенносnт определет-rия стаrтдартт-п,тх
характеристик цемет-rта ............................................ 18
1.1.12. Известь ....................................................................... 20
1.1.13. Строительный гипс ................................................... 21
1.1.14. Мап-rезт1аль1-rые вmкущие вещества ......................... 22
1.1.15. J{ислотоупорт-rый цемет-rт .......................................... 23
1.1.16. Memoo1: заполнитель ................................................. 23
1.1.17. I{рупный заполнитель ............................................... 26
1.1.18. Добавки к бетот-rам .................................................... 31
Глава 2. БЕТОННАЯ СМЕСЬ ....................................................... 43
2.1. Факторы, определяющи:е удобоукладываемость
бетоI{НЫ:Х. смесей ........................... , .................................. 46
Глава 3. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА БЕТОНА ....................... 50
3.1. Плоnтость и cpeдI:I5IЯ плотв:ость бето1та .......................... 60
3.2. Про1.п1ость бетона ............................................................. 61
3.3. Деформатт1в1-rые свойства бетов:а .......................... , ........ 65
3.4. Усадка 11 набухю-rие бетон:а ............................................. 68
3.5. Морозостоl'псость бетов:а ................................................ 69
3.6. Трещиностоl'псость бетон:а ............................................... 74
3.7. Водонепроницаемость бетона ......................................... 76
3.8. Теплофизические свойства бетона ................................. 77
3.9. Рад:иациоmiая стойкость бетоr-та .................................... 77
3.1О. Химичестсая стойкость ................................................... 78
3.11. Коррозия арматуры в бето1те ......................................... 81
142
Глава 4. РАЗНЫЕ ВИДЫ БЕТОНА И СТРОИТЕЛЬНЫЕ
Р АСТВОРЬI....................................................................................... 83
4.1. Определе1ше состава тmкелого бето1-Iа ........................... 83
4.2. Определе11ие состава бетоr-1а с химическими
добав1<аМI1 ................................................................................. 85
4.3. Высокопрочный бетон...................................................... 89
4.4. Бетоны высокой морзостойкости ................................... 90
4.5. I{руm-Iопори:стый бето1-I ................................................... 91
4.6. Бетон:, упрочнешrьп':i волокнаМI1 ...................................... 91
4.7. Высококачествею-Iый бетоr-r ............................................. 92
4.8. Доро)l<НЫЙ бето1-r и бетонв:ые покрытия ......................... 93
4.9. Малощебев:очньIЙ бетон ................................................... 93
4 .1О. Бетон литой консистенци11 ............................................. 94
4 .11. Меm<озер1шстый (цемент1-rьIЙ) бетон ............................ 95
4.12. Бетон для защиты от радиоактивньrх :излучений ......... 95
4.13. )l(аросто:rп<Ий бето1-I......................................................... 96
4.14. Ю:1слотоупорн:ьIЙ 11 щелочестойкий бетоны ................. 96
4.15. Гидротехю1Ческий: бетон ................................................ 97
4.16. Арбоm1т...................................... , ..................................... 97
4.17. Декоративньп':i бето1-I ....................................................... 98
4.18. БетоI-I 1-ra шлакощелоч11ьrх вmкущих ............................ 99
4.19. Стро11телы1ые растворы ................................................. 100
4.20. Свойства раствор1-rьrх смесей ......................................... 1О1
4.21. Разлr1ЧI-1ые виды растворов ............................................ 105
Глава 5. ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ .......................................................... 107
5 .1. Легкий бетон на пористьrх заполю1телях ...................... 107
5.2. Свойства легких бетоr-1ов ................................................. 11О
5.3. Поризованньш легr<ИЙ бето1-I ........................................... 114
5.4. ЯчеистьIЙ бетон................................................................. 115
5.5. Газобетон и газосиликат ................................................. 116
5.6. Пе1-rобетон и пеносиликат ............................................... 119
Глава 6. БЕСЦЕМЕНТНЫЕ БЕТОНЫ ....................................... 121
6.1. Силикатный бетон ........................................................... 121
6.2. Гr1псобетон ....................................................................... 129
6.3. Физико-мехав:ичесrа,1е свойства гипсобетонов ............. 134
6.4. Подбор состава гипсобето1-Iа ........................................... 136
6.5. Легкий бето1-r 1-1а орга1-п1ческих запоmхителях ............... 139
Списо1, литературы ......................................................................... 141
143
Уt.1ебнин:
Юрий Михайлович Ба,кенов
БЕТОНОВЕДЕНИЕ
Компьютерная верстка: ДА. Матвеев
Редактор: В.Ш М ерз ова
ля,lС
Дизайн обложки: Т.А. Негрозова
Лицензия ЛР № 0716188 от 01.04.98. Подписано к печати 15.06.15.
Формат 60х90/16. Гарнитура Тайме. Бумага офсетная.
Усл. 9 п.л. Тирая< 300. Заказ № 3053.
ООО «l'Iздательство АСВ», 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, отдел
реализации к. 511, тел., факс: (499)183-56-83;
e-mail: iasv@iasv. 111, htip://www.iasv.11.l!
Отпечатано способом ролевой струйной печати
в АО «Первая Образцовая шпография»
Филиал «Чеховский Печатный Двор»
142300, Мо сковская область, г. ·чехов, ул. Полиграфистов, д.1
Сайт: www.chpd.n1, E-mail: sales@chpd.гu, т/ф. 8(499)270-73-59