Бібр бетон як будівельний матеріал



Скачати 281.87 Kb.
Дата конвертації26.12.2016
Розмір281.87 Kb.

БіБР Т1. БЕТОН ЯК БУДІВЕЛЬНИЙ МАТЕРІАЛ


БіБР Т1. Ключові слова і поняття: бетонами (1.1), бетонна суміш (1.2), легкоукладальність (1.3), марку (1.4), класи бетону за міцністю на стиск і осьовий розтяг (1.5), марка напружувального бетону за самонапруженням (1.6), щільності структури бетону (1.7), пористість бетону (1.8).
1.1. Зміст теми

Вступ

§ 1.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО БЕТОН

§ 1.2. КЛАСИФІКАЦІЯ БЕТОНІВ

§ 1.3. структура БЕТОНУ

Вступ

Кожна наука у своєму розвитку для вивчення і дослідження свого предмету, для одержання нових про нього відомостей, для більш глибокого проникнення в його зв'язки завжди спирається на свою методологію наукового пізнання, яку вона вибирає.

З урахуванням специфіки дисципліни “Бетони та будівельні розчини”, зміст якої в значній мірі має описовий характер, дуже велике значення при викладенні матеріалу набувають такі принципи дидактики вищої школи, як чітка послідовність та систематичність, логічне теоретичне обґрунтування, взаємозв’язок теорії і практики, наочність тощо. При цьому досягається підвищення зацікавленості до лекції, розвиток самостійного мислення, краще запам’ятовування матеріалу.

Для кращого засвоєння матеріалу цієї теми необхідно з’ясувати деякі основні історичні аспекти розвитку такого будівельного матеріалу як бетон, а поряд з ним – зародження, становлення і розвитку науки про бетон, а також набуття широкого досвіду його використання у будівництві.

Бетон – один з найдавніших будівельних матеріалів. Саме слово “бетон” з'явилося у XVIII столітті у Франції. Важко точно сказати, де і коли з'явився бетон, тому що початок його зародження іде далеко в глиб століть. Очевидно лише те, що він не виник таким, яким ми його знаємо, а, як більшість будівельних матеріалів, пройшов довгий шлях розвитку.

Історія бетону нерозривно пов'язана з історією цементу. Якнайдавнішими в'яжучими речовинами була глина і жирна земля, які після змішування з водою і висихання набували деякої міцності. У міру розвитку і ускладнення будівництва зростали вимоги, що пред'являються до в'яжучих речовин. Більш ніж за 3 тис. років до н.е. в Єгипті, Індії і Китаї почали виготовляти штучні в'яжучі, такі, як гіпс, а пізніше – вапно, які одержували шляхом помірної термічної обробки вихідної сировини.

Відкриття римлянами властивостей пуцоланових добавок, використовування чистих і навіть в окремих випадках фракціонованих заповнювачів замість ґрунту, що раніше застосовувався, і ретельне ущільнення бетонної суміші, якому римляни надавали велику увагу, в значній мірі сприяло поліпшенню якості бетону.

Використання бетону і залізобетону для масового будівництва почалося тільки в другій половині XIX століття, після отримання і організації промислового випуску портландцементу, що став основною в'яжучою речовиною для бетонних і залізобетонних конструкцій. Спочатку бетон використовувався для зведення монолітних конструкцій і споруд. Застосовувалися жорсткі і малорухливі бетонні суміші, що ущільнювалися трамбуванням. З появою залізобетону, армованого каркасами, починають застосовувати рухомі, і навіть литі бетонні суміші, щоб забезпечити їх належний розподіл і ущільнення в бетонованій конструкції. Проте застосування подібних сумішей утрудняло отримання бетону високої міцності, вимагало підвищеної витрати цементу. Тому великим досягненням з'явилася поява в 30-х роках способу ущільнення бетонної суміші вібрацією, що дозволило забезпечити ущільнення малорухливих і жорстких бетонних сумішей, знизити витрату цементу в бетоні, підвищити його міцність і довговічність.

У ці ж роки був запропонований спосіб попереднього напруження арматури в бетоні, сприяючий зниженню витрати арматури в залізобетонних конструкціях, підвищенню їх тріщиностійкості та довговічності.

З появою бетону і залізобетону набуває розвиток наука про технологію бетону. У 80-х роках XIX сторіччя професор А.Р. Шуляченко розробив теорію отримання і тверднення гідравлічних в'яжучих речовин і довів, що на їх основі можуть бути одержані довговічні конструкції. Професор Петербурзького інституту інженерів шляхів сполучення М.А. Белелюбський у 1891 р. провів широкі випробування залізобетонних конструкцій, результати яких сприяли впровадженню їх в практику будівництва.

Результати перших досліджень з технології бетону "Составы и способы приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости" професора Військово-інженерної академії І.Г. Малюги були опубліковані в 1895 р. У 1912 р. була видана капітальна праця М.А. Житкевіча "Бетон і бетонні роботи". Вагомий внесок в технологію бетону зробили зарубіжні учені: Р. Фере (Франція), Д. Абрамс (США), О. Граф (Німеччина), І. Боломе (Швейцарія).

Широкий розвиток одержала технологія бетону в Радянському Союзі за часи перших крупних гідротехнічних будівництв – "Волховбуду" (1924 р.) та "Дніпробуду" (1930 р.). Перші дослідження з застосування методу наукового підбору складу бетону були проведені під керівництвом професора М.М. Беляєва.

У 30-і роки учені московської школи бетону Б.Г. Скрамтаєв, М.А. Попов, С.А. Миронов, С.В. Шестоперов, П.М. Міклашевський й інші розробили методи зимового бетонування і тим самим забезпечили цілорічне зведення бетонних і залізобетонних конструкцій, створили низку нових видів бетону, зокрема легких, що дозволило ширше використовувати бетон при зведенні житлових і виробничих будівель, розробили способи підвищення довговічності бетону, основи технології збірного залізобетону.

У післявоєнний період наука про бетон та залізобетон і практика застосування цих матеріалів в будівництві одержали особливо широкий розвиток. Для забезпечення індустріалізації будівництва бурхливий розвиток одержує виробництво збірного залізобетону. Постановою Ради Міністрів СРСР від 19 серпня 1954 р. "Про розвиток виробництва залізобетонних конструкцій і деталей для будівництва" був намічений небачений до того об'єм виробництва і застосування збірного залізобетону. У країні була створена розвинена промисловість збірного залізобетону – більше 6000 підприємств загальною потужністю близько 200 млн. м3 виробів і конструкцій.

Широке застосування збірного залізобетону дозволило значно скоротити в будівництві витрату металу, деревини й інших конструкційних матеріалів, різко підвищити продуктивність праці, скоротити терміни зведення будівель і споруд. Проте, починаючи з 80-х років, в республіках Радянського Союзу все ширше починає застосовуватися при будівництві будівель і споруд монолітний залізобетон. Так, в світовій практиці будівельного виробництва пріоритетне місце в загальному об'ємі займає монолітний бетон, а частка збірного залізобетону складає 20…45%. Наразі об'єм виробництва бетону і залізобетону на душу населення становить в Японії більше 2м3; у США – 1,3 м3; Німеччині – 1,1 м3, а річний об'єм виробництва бетону в світі перевищує 5 млрд. м3.

Отже, будівництво з бетону і залізобетону придбало такий величезний розмах, що XX століття по праву називають “золотим віком” бетону. І з упевненістю можна сказати, що в найближчі десятиліття бетон і залізобетон залишаться в капітальному будівництві на одному з перших місць серед конструкційних будівельних матеріалів і широко застосовуватимуться в житловому, цивільному, транспортному, гідротехнічному, енергетичному й інших областях будівництва.

“Бетон – найкращий з матеріалів, винайдених людством, - сказав знаменитий італійський архітектор П.Л. Нерві.

§ 1.1. Загальні відомості про бетон

Бетонами (1.1) називають штучні каменеподібні матеріали конгломератної будови, одержувані у результаті затвердіння раціонально підібраної, ретельно перемішаної і ущільненої суміші з в'яжучої речовини, води і заповнювачів (піску і щебеню або гравію), а також добавок.

У багатьох випадках доцільно застосовувати в'яжучі органічного походження (бітуми, полімерні та інші синтетичні матеріали і спеціальні заповнювачі). Різноманітність в'яжучих речовин, заповнювачів, добавок, а також технологічних прийомів дозволяє одержувати різні бетони з різноманітними властивостями. Це забезпечує можливість їх застосування при зведенні конструкції і споруд широкої номенклатури і функціонального призначення - від важких високоміцних бетонів для несучих конструкцій до ефективних теплоізоляційних ніздрюватих бетонів для огороджу вальних конструкцій житлових будинків і промислових споруд.




Бетон (1.1) (адреса файлу Блок 4)

Бетонами називають штучні каменеподібні матеріали конгломератної будови, одержувані у результаті затвердіння раціонально підібраної, ретельно перемішаної і ущільненої суміші з в'яжучої речовини, води і заповнювачів (піску і щебеню або гравію), а також добавок.

Поверніться до тексту.



Для одержання бетонів із заданими спеціальними властивостями в сучасній технології успішно застосовують цілий арсенал хімічних добавок-модифікаторів, які дозволяють регулювати реологічні властивості бетонної суміші, спрямовано впливати на процеси структуроутворення бетону, підвищувати міцність і стійкість затверділого бетону.

Дуже важливою, цінною особливістю бетонів є те, що основні технологічні операції при виготовленні і зведенні конструкцій і виробів виконуються до того часу, коли бетонна суміш (1.2) починає втрачати пластичність і легкоукладальність (1.3). Це дозволяє виготовляти вироби і конструкції різноманітної форми і будь-яких розмірів із мінімальними витратами трудових і енергетичних ресурсів.




Бетонна суміш (1.2) (адреса файлу Блок 4)

Бетонна суміш – багатокомпонентна багатофазна полідисперсна система, яку виготовляють, ретельно змішуючи з водою в'яжуче, заповнювачі й добавки.

Поверніться до тексту.






Легкоукладальність (1.3) (адреса файлу Блок 4)

Легкоукладальність – технологічна властивість бетонних сумішей різної консистенції (жорсткої, густої, рідкої), яка характеризує здатність суміші заповнювати форму (або опалубку) та ущільнюватися під час бетонування виробів і конструкцій.

Поверніться до тексту.


Цемент і вода є активними складовими бетону; у результаті реакції між ними утворюється цементний камінь, що скріплює зерна заповнювачів у єдиний моноліт.

Між цементом і заповнювачем звичайно не відбувається хімічної взаємодії (за винятком силікатних бетонів, одержуваних автоклавною обробкою), тому заповнювачі часто називають інертними матеріалами. Однак вони істотно впливають на структуру і властивості бетону, змінюючи його пористість, терміни затвердіння, поводження при впливі навантаження і зовнішнього середовища. Заповнювачі значно зменшують деформації бетону при твердінні і тим самим забезпечують одержання крупнорозмірних виробів і конструкцій. Заповнювачі і вода складають 85...90 %, а цемент – 10...15 % від маси бетону.

Бетон має досить високі фізико-механічні властивості, що дозволяє застосовувати його в різних конструкціях і спорудженнях, що працюють в основному на стиск. Для розширення області застосування бетону, особливо для конструкцій, що працюють на вигин, його необхідно армувати в розтягнутих зонах сталевими стрижнями, дротами або виконувати дисперсне армування короткими волокнами. Армований бетон, або залізобетон, добре працює при різних видах напруженого стану.



Залізобетон – це дійсно універсальний і ефективний композитний матеріал. Сама ідея створення і застосування залізобетону ґрунтуються на трьох дуже важливих умовах і властивостях бетону і сталевої арматури:

  • надійна захисна властивість бетону по відношенню до арматури, висока лужність порової рідини бетону захищає її від корозії, що дуже важливо для забезпечення довговічності залізобетонних конструкцій;

  • висока міцність зчеплення бетону зі сталевою арматурою;

  • близькі значення величин коефіцієнтів температурного розширення бетону і арматурних сталей.

Якість бетону як будівельного матеріалу визначається не тільки його міцністю, але і довговічністю, стійкістю щодо впливу навколишнього середовища й інших умов експлуатації бетонних і залізобетонних конструкцій. Часто ці впливи і умови мають агресивний характер і можуть провокувати корозійні процеси в бетоні і арматурі залізобетонних конструкцій. Щоб забезпечити стійкість конструкцій у таких умовах потрібне не тільки ретельне додержання технологічної дисципліни на всіх їхніх стадіях виготовлення або монолітного зведення, але і застосування спеціальних технологічних рішень і заходів з урахуванням конкретних умов і особливостей експлуатації конструкцій. Сучасна технологія бетону має необхідний арсенал технологічних прийомів для одержання бетонів із наперед заданими спеціальними властивостями.
ПИТАННЯ 1.1. Які фактори обумовлюють спільну роботу бетону і сталевої арматури?

  1. Надійна захисна властивість бетону по відношенню до арматури, а арматури до бетону; висока міцність зчеплення бетону зі сталевою арматурою; різні значення величин коефіцієнтів температурного розширення бетону і арматурних сталей.

  2. Надійна захисна властивість бетону по відношенню до арматури; висока міцність зчеплення бетону зі сталевою арматурою; близькі значення величин коефіцієнтів температурного розширення бетону і арматурних сталей.

ВІДПОВІДЬ: 1.

Адреса відповіді

Блок 3


ВАША ВІДПОВІДЬ НЕ ВІРНА. Спільна робота бетону і сталевої арматури обумовлена надійною захисною властивістю бетону по відношенню до арматури; високою міцністю зчеплення бетону зі сталевою арматурою; близькими значеннями величин коефіцієнтів температурного розширення бетону і арматурних сталей.

Поверніться до теми



ВІДПОВІДЬ: 2.

Адреса відповіді

Блок 3


ВАША ВІДПОВІДЬ ВІРНА. Спільна робота бетону і сталевої арматури обумовлена надійною захисною властивістю бетону по відношенню до арматури; високою міцністю зчеплення бетону зі сталевою арматурою; близькими значеннями величин коефіцієнтів температурного розширення бетону і арматурних сталей.

Поверніться до теми



Серед усіх матеріалів, які застосовують у будівництві, тільки бетон має унікальну, неоціненну властивість - його міцність та інші фізико-механічні властивості протягом багатьох десятиріч, тобто за весь час експлуатації в конструкціях не знижуються, як це характерно для переважної більшості будівельних матеріалів, а навпаки - підвищуються, його структура постійно удосконалюється. Але такі унікальні особливості бетону можуть бути реалізовані тільки при суворому додержані чітко встановлених технологічних регламентів виготовлення, догляду за умовами його тверднення і структуроутворення.

§ 1.2. Класифікація бетонів

Згідно з вимогами ГОСТ 25192-82 класифікація бетонів здійснюється за такими ознаками:



  • за основним призначенням у будівництві;

  • за видом в'яжучого;

  • за видом заповнювачів;

  • за структурою.

В залежності від основного призначення бетони поділяють на:

  • конструкційні;

  • спеціальні (жаростійкі, дорожні, гідротехнічні, хімічно стійкі, декоративні, радіаційно-захисні, теплоізоляційні тощо).

За видом в'яжучого бетони можуть бути на основі цементних, вапняних, шлакових, гіпсових, шлаколужних і спеціальних в'яжучих.

За видом заповнювачів відрізняють бетони на основі щільних, пористих і спеціальних заповнювачах.

За структурою бетону відрізняють бетони щільної, поризованої, ніздрюватої і крупнопористої структури.

Відповідно до виду заповнювачів та в залежності від структури прийняті такі назви бетонів (на основі різних в'яжучих):



  • важкий (на щільних заповнювачах і щільної структури);

  • легкий (на пористих заповнювачах і щільної структури);

  • великопористий (заповнювачі можуть бути різними, але структура великопориста);

  • ніздрюватий (поризована структура затверділого в'яжучого, без заповнювача);

  • силікатний (щільний і ніздрюватий).

Основною технічною характеристикою конструкційних бетонів є міцність при стиску і розтягу.

До спеціальних бетонів крім міцності висуваються особливі вимоги, які витікають з умов експлуатації бетонних і залізобетонних конструкцій, виду і характеру агресивної дії оточуючого середовища (висока температура, дія прісної або морської води, хімічних розчинів, гідростатичний тиск, радіація тощо).

До конструкційних бетонів відносять:


  • важкий із середньою густиною 2200...2500 кг/м3;

  • дрібнозернистий з середньою густиною понад 1800 кг/м3;

  • легкий щільної і поризованної структури з середньою густиною менше ніж

1800 кг/м3;

  • ніздрюватий автоклавного і неавтоклавного тверднення;

  • напружувальний бетон спеціального призначення.

Міцність конструкційних бетонів визначається маркою. Для важкого бетону марку (1.4) визначають як границю міцності при стиску в кілограм-силах на квадратний сантиметр (кг/см2) стандартних кубів з розмірами 15x15x15 см, виготовлених із робочої суміші в металевих формах і випробуваних після тверднення протягом 28 діб в нормальних умовах (температура 15...20°С, відносна вологість повітря 90...100%).


Марка (1.4) (адреса файлу Блок 4)

Для важкого бетону марку визначають як границю міцності при стиску в кілограм-силах на квадратний сантиметр (кг/см2) стандартних кубів з розмірами 15x15x15 см, виготовлених із робочої суміші в металевих формах і випробуваних після тверднення протягом 28 діб в нормальних умовах (температура 15...20°С, відносна вологість повітря 90...100%).

Поверніться до тексту.



Для конструкцій, які проектують згідно з вимогами СТ СЄВ 1406-78, СНиП 2.03.01-84 міцність конструкційних бетонів характеризується класами. Класи бетону за міцністю на стиск і осьовий розтяг (1.5) визначають величиною гарантованої міцності бетону в мегапаскалях (МПа). Клас бетону відображає змінність результатів випробування міцності бетону з нормативним коефіцієнтом варіації 13,5 %.


Класи бетону за міцністю на стиск і осьовий розтяг (1.5) (адреса файлу Блок 4)

Класи бетону за міцністю на стиск і осьовий розтяг визначають величиною гарантованої міцності бетону в мегапаскалях (МПа). Клас бетону відображає змінність результатів випробування міцності бетону з нормативним коефіцієнтом варіації 13,5 %.

Поверніться до тексту.



У виробничих умовах контролюють середню міцність або марку бетону . Клас бетону "В" визначають шляхом помноження середньої міцності бетону на коефіцієнт 0,778:

.

Основні показники якості бетону визначають такими класами і марками:



  • клас за міцністю на стиск "В";

  • клас за міцністю на осьовий розтяг "Вt";

  • марка за морозостійкістю "F";

  • марка за водонепроникністю "W";

  • марка за середньою густиною "D";

  • марка за самонапруженням напрягаючого бетону "Sp".

Згідно з вказівками СНиП 2.03.01-84 для бетонних і залізобетонних конструкцій передбачаються бетони таких класів і марок з урахуванням виду бетонів:

а) класи за міцністю на стиск:



  • важкий бетон - В3,5; В5; В7,5; В10; В15...В60;

  • напружувальний бетон - В20; В25...В60;

  • дрібнозернистий бетон - В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В20...В60;

  • легкий бетон при марках за середньою густиною "D"; D800, D900 - В2,5; В3,5; В5; В7,5; D1000, D1100 - В2,5...В12,5;D1800, D1900 - В10...В40;

  • ніздрюватий бетон (автоклавний) при марках за середньою густиною "D": D500 - В1; В1,5; D700 - В1,5; В2; В2,5; В3,5; D900 – В3,5...В7,5; D1100 - В7,5...В15;

б) класи за міцністю на осьовий розтяг "Вt":

  • важкий, напружувальний, дрібнозернистий та легкий бетони - Вt0,8...Вt3,2;

в) марки за морозостійкістю F:

  • важкий, напружувальний, дрібнозернистий бетони - F50; F75; F100; F150; F200; F300...F500;

  • легкий бетон - F25; F35; F50; F75; F100...F500; ніздрюватий і поризованний бетон - F15; F25; F35; F50; F75; F100;

г) марки за водонепроникністю - "W":

  • важкий, дрібнозернистий і легкий бетони - W2; W4; W6; W8; W10; W12; напружувальний бетон - не нижче ніж W12;

д) марки за середньою густиною "D":

  • легкий бетон - D800...D2000 (через 100);

  • поризований бетон - D800...D1400 (через 100);

  • ніздрюватий бетон - D500...D1200 (через 100);

с) марка за самонапруженням "Sp":

  • напружувальний бетон - Sp0,6; Sp0,8; Sp1; Sp1,2...Sp4.

Марка напружувального бетону за самонапруженням (1.6) є величиною попереднього напруження в бетоні (МПа), яке виникає внаслідок його розширення при коефіцієнті подовжнього армування  = 0,01.


Марка напружувального бетону за самонапруженням (1.6) (адреса файлу Блок 4)

Марка напружувального бетону за самонапруженням є величиною попереднього напруження в бетоні (МПа), яке виникає внаслідок його розширення при коефіцієнті подовжнього армування  = 0,01.

Поверніться до тексту.



Наведена класифікація бетонів і стандартизація показників їхньої якості як конструкційних і спеціальних матеріалів дають уявлення про сучасний рівень розвитку технології бетонів і про розширення галузей їхнього використання. Будівельні норми і правила регламентують вибір виду і властивостей бетонів у відповідності з умовами експлуатації залізобетонних конструкцій. В свою чергу необхідно робити обґрунтований вибір найбільш ефективних композицій в'яжучого, заповнювачів і виду добавок із заданими фізико-механічними властивостями і з урахуванням економічних критеріїв.

Залежно від умов роботи в конструкціях і спорудах до бетонів різних видів висуваються різні вимоги. Тому і види бетонів, які входять в класифікацію за ознакою основного призначення, повинні мати свої особливості і відповідати певним умовам.

Бетон, який застосовують для несучих конструкцій будівель і споруд, повинен мати високу міцність. У гідротехнічних спорудах, крім міцності, бетони повинні мати високу водостійкість, водонепроникність і морозостійкість. Для конструкцій, які виконують теплозахисні функції, застосовують бетони з низьким коефіцієнтом теплопровідності і т.д. В залежності від характеру і ступеня впливу різних факторів і умов експлуатації конструкцій відповідно приймаються рішення відносно технології й умов виготовлення бетонів із необхідними властивостями.

Розрізняють такі види бетонів за ознакою основного призначення:



  • важкий бетон;

  • бетон для гідротехнічних конструкцій і споруд;

  • бетон для огороджу вальних конструкцій;

  • бетон для доріг;

  • бетон спеціального призначення.

Важкий (або звичайний) бетон - це найбільш розповсюджений бетон, який використовують для виготовлення і зведення несучих конструкцій широкої номенклатури, що експлуатуються в більш-менш нормальних умовах. Для такого бетону головною властивістю є задана міцність, головним чином при стиску. Основна галузь його застосування - фундаменти, колони, балки, плити перекриття і тому подібні конструкції для житлових і промислових будівель. Якщо подібні конструкції піддаються дії і впливу атмосфери, то крім міцності при стиску повинна бути забезпечена і необхідна для даних умов морозостійкість бетону.

Бетон для гідротехнічних конструкцій і споруд повинен мати, крім необхідної міцності, високу щільність структури, водостійкість, водонепроникність і морозостійкість (особливо в зоні змінного рівня води). В особливих випадках необхідно забезпечити стійкість бетону до дії агресивних рідин (наприклад магістральні канали, каналізаційні колектори очисних споруд тощо). Основна галузь застосування гідротехнічних бетонів - греблі електростанцій, шлюзи, облицювання каналів, гідромеліоративних споруд тощо.

Бетон для огороджувальних конструкцій будівель, що опалюються взимку, а також легких перекриттів і покриттів повинен мати необхідну міцність і теплопровідність. Зокрема таке поєднання двох функцій огороджувальних конструкцій характерне для застосування легких бетонів. В останні роки застосовують комплексні огороджувальні конструкції, в яких функції елементів чітко поділені - несучі функції виконують елементи із звичайного бетону, а теплоізоляційні функції виконують елементи із легких пористих матеріалів різних типів.

Бетон для доріг, аеродромних покриттів, підлог і т.п. повинен бути не тільки міцним при стиску, але мати також достатню міцність при згині, малу стираність, а для доріг і аеродромів - досить високу морозостійкість.

Бетони спеціального призначення - це жаростійкі, кислотостійкі, для захисту від радіаційного впливу і т.п. Такі бетони також повинні бути здатними виконувати дві функції в конструкціях; як несучі для сприйняття механічних навантажень, так і спеціальні захисні функції для забезпечення проти руйнівної дії особливих фізичних і хімічних факторів і умов експлуатації (висока температура, хімічна агресія і т.п.). До кожного виду бетонів спеціального призначення висуваються вимоги, що обумовлені особливостями виконання їх функцій.

Загальні вимоги до всіх бетонів і бетонних сумішей:



  • до початку тверднення бетонні суміші повинні легко змішуватися, транспортуватися, мати певну рухливість або жорсткість у відповідності з методом укладання і ущільнення, у формі або опалубці не розшаровуватися;

  • повинна бути забезпечена певна швидкість тверднення у відповідності із заданими строками розпалубки і введення конструкції або споруди в експлуатацію;

  • витрата цементу і вартість бетону повинні бути мінімальними.

За ознакою "вид в'яжучого для бетону ", як і головного компоненту бетону, який значною мірою визначає його властивості, класифікація включає в себе зокрема бетони цементні (на клінкерних цементах), гіпсові, шлаколужні, силікатні, полімер-бетони, полімерцементні бетони і спеціальні.

Цементні бетони найбільш розповсюджені у будівництві, їх виготовляють на цементах загальнобудівельного призначення (ДСТУ Б В.2.7-46-96). Серед них головне місце належить бетонам на портландцементі і його різновидах більше 60% від загального обсягу (тип І і тип II). Такі бетони застосовують для різних видів конструкцій і умов їхньої експлуатації. Досить ефективні бетони на цементі типу III (шлакопортландцемент) і типу IV (пуцолановий портландцемент).

До різновидів цементних бетонів відносять: декоративні бетони, які виготовляють на білому і кольоровому цементі; бетони для самонапружених конструкцій - на напружувальному цементі; бетони спеціального призначення, які одержують на особливих видах цементу - глиноземистому, безусадковому тощо.



Гіпсові бетони виготовляють із застосуванням гіпсових в'яжучих різних видів. Галузь застосування таких бетонів - внутрішні конструкції будівель, до яких не висуваються вимоги щодо водостійкості, підвісні стелі і різні елементи внутрішнього оздоблення приміщень. Різновидами таких бетонів є гіпсоцементно-пуцоланові бетони, які мають підвищену водостійкість і в зв'язку з цим більш широку галузь застосування (об'ємні блоки санвузлів, конструкції малоповерхових будинків тощо).

Силікатні бетони виготовляють на основі вапна. Це суміш кварцевого піску і вапна, з якої формують будівельні вироби і піддають їх тепловій обробці в автоклавах при стиску в 8-10 атмосфер і температурі 180...200°С. В результаті тверднення в таких умовах утворюються гідросилікатні структури досить високої міцності і водостійкості.

Шлаколужні бетони, були створені в Київському національному університеті будівництва і архітектури в останні десятиріччя XX століття під керівництвом професора В.Д.Глуховського. Це принципово нові види бетону, які виготовляють на безклінкерному шлаколужному в'яжучому (тонкомелений гранульований доменний шлак, який замішують лужними розчинами).

Полімербетони виготовляють із застосуванням полімерних в'яжучих на основі органічних смол, наприклад поліефірних, епоксидних, карбамідних або мономерів, які є термореактивними сполуками і вводяться в бетонну суміш разом із добавками-затвердниками. Ці бетони застосовують для виготовлення конструкцій, призначених для служби в агресивних середовищах і особливих умовах експлуатації.

Полімерцементні бетони виготовляють на змішаних в'яжучих, які складаються з клінкерного цементу і полімерних речовин у вигляді, наприклад, водорозчинних смол, латексів і т.п.

Бетонополімери - це бетони на звичайних неорганічних, як правило, клінкерних в'яжучих, які після тверднення просочуються мономерами і затвердівають в капілярно-поровій структурі бетону.

Спеціальні бетони виготовляють з використанням особливих в'яжучих і заповнювачів. Так, наприклад, для кислотостійких і жаростійких бетонів в'яжучим є рідке скло з добавкою крем-нефтористого натрію, та інші види в'яжучих із відходів промисловості.

§ 1.3. Структура бетону

Основними структурними елементами бетону є в'яжуче (цементний камінь), заповнювачі і система пор різних за розмірами, походженням і умовами розвитку.

На властивості бетону як будівельного матеріалу важливий вплив робить щільність або пористість його структури, а також характер пористості. В цьому відношенні можна виділити кілька характерних типів структур: бетон з "плаваючим" заповнювачем, бетон із щільною упаковкою заповнювачів, великопористий бетон із недостатньою кількістю розчину (рис. 1.1).

Щільна структура бетону може мати контактне розміщення заповнювача, коли його зерна торкаються одне одного через тонкий прошарок цементного каменю, і "плаваюче" розміщення заповнювача, коли його зерна знаходяться одне від одного на значній відстані. Бетон щільної структури складається із суцільної матриці (цементного каменю), в яку вкраплені зерна другого твердого матеріалу (заповнювача).

Рис. 1.1. Типи структур бетону:



І - бетон з "плаваючим" заповнювачем; II - бетон із щільною упаковкою заповнювачів; ІІІ - великопористий бетон із недостатньою кількістю розчину
Ніздрювата структура відрізняється тим, що в суцільному середовищі твердого матеріалу розподілені пори різних розмірів у вигляді окремих умовно замкнутих вічок.

Зерниста структура - це сукупність скріплених між собою зерен твердого матеріалу. Пористість зернистої структури безперервна і аналогічна пустотності сипучих матеріалів.

Штучні конгломерати із щільною структурою мають найвищу міцність, а найменшу міцність - ті, що мають зернисту структуру.

В зернистій структурі вода може мігрувати під впливом фізичних факторів, оскільки пори в матеріалі сполучені між собою. Ці особливості структури суттєво знижують властивості бетону як будівельного матеріалу.

У ніздрюватій структурі пори розподілені по всьому об'єму твердого матеріалу у вигляді окремих замкнутих порожнин, що значно перешкоджає вільній міграції води у структурі. Така структура є найефективнішою не тільки для бетону, а й для інших пористих матеріалів.

Зерниста структура утворюється при недостатньому ущільненні бетонної суміші та інших порушеннях технології. Ніздрювата структура здебільшого є результатом спеціальних технологічних прийомів (наприклад, повітровтягування), спрямованих на поліпшення фізико-механічних властивостей бетону. Характер пористості має особливо важливе значення при формуванні властивостей бетону, які виявляються під час взаємодії з водою: водопоглинання, морозостійкість тощо. Важливим кількісним параметром структури бетону є також об'ємна концентрація цементного каменю, зокрема співвідношення між об'ємами цементного каменю і заповнювачів.

Враховуючи складність структури бетону, її вивчають на різних рівнях, розглядаючи макро- і мікроструктуру бетону.

Для аналізу макроструктури бетону його розглядають як композицію із зерен заповнювача і затверділого в'яжучого, зокрема, цементного каменю, що заповнює пустоти і склеює його зерна в монолітне тіло.

Мікроструктура бетону в основному відображає будову цементного каменю як капілярно-пористого тіла, його гідратних новоутворень, а також структур, що виникають на поверхні контакту цементного каменю із заповнювачем.

Основними елементами структури цементного каменю є:


  • в'яжучі, цементуюча речовина у вигляді гідратованих мінералів клінкеру (гелеподібна і кристалічна складові);

  • залишки частинок в'яжучого, що не прореагували з водою, а також частинки тонкомелених добавок-наповнювачів, які вводять до складу бетонної суміші або під час помелу клінкеру;

  • система мікро- і макропор, які мають різні розміри, форму і походження.

Увесь цей комплекс елементів структури цементного каменю утворює матеріал складної неоднорідної будови, своєрідний штучний конгломерат за образним означенням професора В.М. Юнга "мікробетон". Співвідношення між об'ємами гелеподібних і кристалічних складових у структурі цементуючої речовини є функцією часу та умов тверднення і суттєво впливає на фізико-механічні властивості бетону. В мікробетоні важливу структуроутворювальну роль заповнювача виконують частинки в'яжучого, що не провзаємодіяли, і добавки-заповнювачі. Ще важливіше значення в структурі мікробетону має система мікро- і макропор. Загальний об'єм їх у цементному камені може досягати 40 %. Пори, які різняться між собою розмірами, формою та походженням, є важливим елементом як мікро, так і макроструктури бетону і значною мірою впливають на формування його фізико-механічних властивостей.

У мікроструктурі цементного каменю розрізняють пори таких видів:



  • гелеві розмірами 1,0...1,5 нм - дуже тонкі прошарки між поверхнями твердих фаз цементного гелю, які виникають внаслідок випаровування адсорбційно зв'язаної води;

  • контракційні розмірами 10...100 нм, які виникають внаслідок зменшення абсолютного об'єму тверднучої системи "цемент + вода";

  • капілярні - результат випаровування води, яка має фізико-механічний зв'язок з агрегатами частинок цементного гелю. Розміри цих пор, починаючи із 100 нм, змінюються в широких межах. Фактично ці пори можна назвати макропорами, вони займають основну за об'ємом частину в системі пор і є, по суті, дефектами структури цементного каменю і бетону. їхні розміри і об'єми тим більші, чим більший надлишок води в бетонній суміші, що забезпечує потрібну рухливість.

Пористість цементного каменю і бетону спричинює в структурі велику поверхню поділу фаз - твердої, рідкої і газоподібної, а також утворення і розвиток фізичних процесів взаємодії бетону, як капілярно-пористого тіла з навколишнім середовищем. Так, зміни вологості повітря та його температури спричинюють об'ємні деформації цементного каменю і бетону, внутрішні напруження, внаслідок яких можуть виникати нові дефекти структури (усадочні тріщини тощо), міграція води, корозія бетону.

Для кількісної оцінки і якісної характеристики структури бетону розглядають ряд фізичних параметрів: щільність і пористість, характер пористості, концентрацію цементного каменю або заповнювача в бетоні.

Показник щільності структури бетону (1.7) Р визначають як відношення абсолютного об'єму частинок твердої фази Vа до геометричного об'єму бетону V:



Щільність структури бетону (1.7) (адреса файлу Блок 4)

Показник щільності структури бетону Р визначають як відношення абсолютного об'єму частинок твердої фази Vа до геометричного об'єму бетону V.

Поверніться до тексту.



Пористість бетону (1.8) П, або ступінь заповнення його об'єму порами:

П=1 – Р.


Пористість бетону (1.8) (адреса файлу Блок 4)

Пористість бетону (1.8) П – це ступінь заповнення його об'єму порами.

Поверніться до тексту.



Показник щільності і пористість можна виразити в частках одиниці або в процентах, помноживши показники на 100.

Щільність структури впливає на всі фізико-механічні властивості бетону, особливо на його міцність і довговічність. У середньому щільність звичайних крупнозернистих бетонів злитої (суцільної) структури становить 0,85...0,92. При використанні інтенсивних методів ущільнення і жорстких бетонних сумішей щільність можна збільшити до 0,95...0,97. Подальше зниження пористості дуже утруднене через опір затиснутого повітря у структурі бетонної суміші під час її приготування й ущільнення. Показник щільності легких бетонів змінюється в межах 0,40...0,65, а ніздрюватих - 0,15...0,25.

У макроструктурі бетону розрізняють такі види пор:


  • відкриті тріщини і мікротріщини температурно-усадочного походження, ширина яких може досягати кількох міліметрів, вони є дефектами структури бетону;

  • повітряні пори, які виникають внаслідок навмисного втягування в суміш бульбашок повітря, як правило, замкнуті, їх розмір змінюється в межах - від кількох десятків мікрометрів (використання повітровтягувальних добавок) до кількох міліметрів (ніздрюваті бетони);

  • пустоти і порожнини між зернами крупного заповнювача, прутками арматури тощо утворюються внаслідок внутрішнього розшарування і седиментації бетонних сумішей з високим водовмістом і є дефектами структури бетону.

Усі перелічені пори макроструктури (макропори), на відміну від мікропор цементного каменю, не є неминучими і утворюються або внаслідок навмисних технологічних прийомів (по-вітровтягування), або внаслідок порушення технології.

Цементний камінь є основним компонентом структури бетону, що суттєво визначає його властивості і довговічність. В свою чергу головним компонентом мікроструктури цементного каменю є гідросилікати кальцію. Вони утворюють певну просторову структуру, яка включає частину зерен цементу, що не прореагували з водою і мають оболонку новоутворень у вигляді системи глобул і міжзерновий простір в тій чи іншій мірі заповнений новоутвореннями.

Гідросилікати кальцію мають кристалічну і напівкристалічну або аморфну будову. Кристалічні новоутворення різних розмірів частіше утворюються при тепловій і особливо при автоклавній обробці бетону і при кристалізації новоутворень в міжзерновому просторі і в порах. У цементному камені нормального тверднення переважають субмікрокристалічні продукти гідратації.

Склад і структура гідросилікатів залежить від відношення СаО до SiO2(С/S). Найбільш розповсюджені гідросилікати кальцію тоберморитової групи. При нормальному твердненні бетону утворюються мінерали типу СSН(І) і СSН(П), які відрізняються за складом і ступенем закристалізованності. СSН(І) відносяться до гідросилікатів змінного складу зі співвідношенням (С/S) = 0.8...2, а СSH(ІІ) - до гідросилікатів кальцію зі співвідношенням (С/S) = 1...1.5.

Напівкристалічні і аморфні форми гідросилікату кальцію позначають С-Н-S, маючи на увазі невизначеність складу. Кристали гідроксиду кальцію (мінерал портландит) виділяються в поровому просторі між клінкерними зернами, на внутрішній поверхні повітряних пор, у системі гідросилікатів геля, часом зрощуючись із кристалами інших мінералів. Кристали різної форми утворюють гідроалюмінати кальцію і гідросульфоалюмінати (мінерал етренгіт та ін.).

1.2. Критерії засвоєння

Після вивчення й аналізу змісту теми ВИ повинні РОЗУМІТИ наступне:



  • бетон – це штучний каменеподібний матеріал конгломератної неоднорідної структури внаслідок використання у його складі різних за речовинним складом та крупністю зернин вихідних компонентів;

  • різноманітність в’яжучих речовин, заповнювачів, добавок, а також технологічних прийомів дозволяє одержувати різні бетони з широким спектром фізико-механічних та експлуатаційних властивостей;

  • якість бетону, як будівельного матеріалу визначається не тільки його міцністю, але і довговічністю, стійкістю щодо впливу навколишнього середовища і інших умов експлуатації бетонних і залізобетонних конструкцій;

  • вирішальною передумовою застосування бетону в усіх галузях будівництва є практично невичерпані природні записи і перспективні родовища мінеральної сировини, а також накопичені багатотоннажні відходи промисловості для виготовлення в’яжучих матеріалів і заповнювачів.

У результаті вивчення даної теми ВИ повинні ЗНАТИ:



  • за якими ознаками класифікують бетони;

  • які вимоги пред’являються до бетонів у залежності їх призначення та умов експлуатації;

  • які основні структурні елементу бетону.


1.3. Тест-контроль для самоперевірки

1. Бетон має досить високі фізико-механічні властивості, що дозволяє застосовувати його в різних конструкціях і спорудженнях, що працюють в основному на _ _ _ _ _ _ _.

А. Стиск.

Б. Розтяг.

В. Згин.

2. Заповнювачі і вода складають _ _ _ _ _ %, а цемент _ _ _ _ _ % від маси бетону.

А. 10…15 %; 85…90 %.

Б. 85...90 %; 10...15 %.

В. 40…60 %; 60…40 %.

3. Згідно з вимогами ГОСТ 25192-82 бетони класифікують за такими ознаками: основне призначення у будівництві, вид в'яжучої речовини, вид заповнювачів, _ _ _.

А. Крупність заповнювачів.

Б. Вид добавок-модифікаторів.

В. Структура.

4. Важкий цементний бетон має середню густину _ _ _ _ _ _.кг/м3.

А. 0 = 1800…2300.

Б. 0 = 2200…2500.

В. 0 = 2350…2700.

5. Нормальними умовами тверднення бетону є _ _ _ _ _ _.

А. Температура 15...20°С, відносна вологість повітря 90...100%.

Б. Температура 25...30°С, відносна вологість повітря 80...90%.

В. Температура 25...30°С, відносна вологість повітря 60...70%.

6. Гіпсоцементно-пуцоланові бетони характеризуються підвищеною _ _ _ _ _ _.

А. Корозійною стійкістю.

Б. Морозостійкістю.

В. Водостійкістю.

7. Бетонополімери – це бетони, виготовлені з використанням _ _ _ _ _ _.

А. Полімерних в'яжучих на основі органічних смол.

Б. Змішаних в'яжучих, які складаються з клінкерного цементу і полімерних речовин.

В. Звичайних неорганічних в'яжучих, які після тверднення просочуються мономерами (полімерами).

8. Гелеві пори у мікроструктурі цементного каменю мають розміри _ _ _ _ _ _.

А. 1,0...1,5 нм.

Б. 1,0...1,5 мкм.

В. 1,0...1,5 мм.


Відповіді на тест-контроль 1.3. (адреса файлу Блок 3)

1. А. Стиск.

2. Б. 85...90 %; 10...15 %.

3. В. Структура.

4. Б. 0 = 2200…2500.

5. А. Температура 15...20°С, відносна вологість повітря 90...100%.

6. В. Водостійкістю.

7. В. Звичайних неорганічних в'яжучих, які після тверднення просочуються мономерами (полімерами).

8. А. 1,0...1,5 нм.

Поверніться до тексту.




База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка