Строительные материалы .ру

Вид цемента,качество заполнителей,воды

Вид цемента выбирают с учетом особенностей изготовления и условий эксплуатации бетона. Например, быстротвердеющие

цементы целесообразно использовать при изготовлении сборных железобетонных изделий, так как при быстром наборе

прочности ускоряется оборачиваемость металлических форм. Однако такие цементы вследствие большей экзотермии не рекомендуются для бетонов в массивных конструкциях гидротехнических сооружений. Для этих целей больше подходят смешанные цементы (пуццолановый и шлакопортландцемент), а для наружных зон гидросооружений, подвергающихся химической и морозной агрессии, — сульфатостойкий портландцемент. Для повышения морозостойкости бетона предпочтительнее использовать цементы с добавками ПАВ.
Качество заполнителей оценивают зерновым составом, содержанием пылевидных и глинистых примесей, органических и других вредных примесей. Загрязненные заполнители подвергают промывке и классификации, рассеивая на отдельные фракции.
Качество воды для изготовления бетона зависит от содержания сульфатов, хлоридов и ряда других соединений. Без предварительного испытания можно применять питьевую воду.

Производственные факторы прочности бетона.Качество цемента

Основной закон прочности выражает влияние главных факторов на прочность плотнойложенного бетона, твердеющего в определенных условиях. Однако он не может учесть воздействия объективных и субъективных факторов на различных этапах переработки исходного сырья в готовый бетонный элемент. Совокупность этих факторов, названных Н. А. Поповым производственными факторами прочности бетона, можно условно разделить на группы, охватывающие все этапы изготовления бетонных изделий.
Оценка качества исходных материалов и определение состава бетона.
На данном этапе можно выделить факторы, оказывающие решающее влияние на прочность бетона: качество вяжущего (цемента), заполнителей и воды.
Качество цемента оценивают, исходя из необходимости получения бетона заданной прочности и долговечности. Поэтому марку цемента следует выбирать в зависимости от прочности бетона, а вид цемента — в соответствии с условиями изготовления и эксплуатации конструкции.
Для изготовления бетона необходимо применять цемент такой марки, чтобы его количество в бетоне по возможности было минимальным. Снижение расхода цемента важно не только по экономическим причинам. При сокращении количества цемента уменьшается усадка бетона, возрастает его трещииостойкость. В массивных конструкциях, например гидротехнических сооружениях, большой расход цемента вызывает значительное тепловыделение, которое может привести к растрескиванию бетонного массива в результате неравномерного разогрева бетона.
Экономичный расход цемента достигается в первую очередь правильным выбором соотношения между маркой цемента и прочностью бетона. Как правило, марка цемента должна превышать прочность бетона в 1,25...2 раза.
Если марка цемента намного превышает прочность бетона (например, в 3 раза), то расход цемента, рассчитанный из условия прочности, окажется меньше необходимого по условию плотности бетона. Чтобы избежать перерасхода высокомарочного цемента, в состав бетона вводят тонкомолотые минеральные добавки (золу ТЭС, шлаки, золо-шлаковые смеси).

Принципы определения состава бетона

Состав бетона — это рациональное соотношение между его компонентами, обеспечивающее получение бетона с   требуемыми показателями качества при минимуме материальных и энергетических затрат. Правильное определение состава — одна  из важнейших операций в технологии бетона. Исходные данные для определения состава обычно содержатся в техническом проекте строительства и включают по меньшей мере два требования: получить бетон необходимой прочности,а бетонную смесь — заданной удобоукладываемости. В ряде случаев, обусловленных специфическими условиями эксплуатации конструкций, главными могут стать требования по морозостойкости, водонепроницаемости или стойкости бетона к коррозии.
Обычно стремятся получить бетон с минимальным расходом цемента, так как цемент гораздо дороже других компонентов бетона. Состав бетона определяют расчетно-экспериментальным методом, который предусматривает предварительный расчет по формулам и последующую корректировку полученных данных по результатам экспериментального затворения бетона.
Чаще всего состав выражают в виде массовой концентрации компонентов, т. е. их расхода в кг на 1 м3 уплотненного бетона. Для этого используют следующие зависимости.
1. Расход воды В, необходимой для получения бетонной смеси с заданной удобоукладываемостью, определяют по справочным данным.
2. Из формул, выражающих основной закон прочности, вычисляют цементно-водное отношение, обеспечивающее заданную прочность.
3. Расход цемента находят с учетом уже известных значений В и Ц/В:Ц = В*Ц/В.
Если расход цемента окажется меньше допускаемого нормами, то его следует увеличить, сохранив расчетное значение Ц/В. При этом уточняют и расход воды с учетом увеличенного расхода цемента.
В соответствии с требованиями норм минимальный расход цемента допускается в бетонных конструкциях 200 кг/м3, в железобетонных — 220 кг/м3. Для обеспечения плотности бетонов, предназначенных для работ в агрессивных средах, минимальный расход цемента следует принимать равным 250 кг/м3.
4.Расход крупного и мелкого заполнителей определяют, исходя из следующих положений:
а)объем плотноуложенного бетона, принимаемыйв расчете равным 1 м3 или 1000 л, слагается из объема зерен мелкого и крупного заполнителей и объема цементного теста, заполняющего пустоты между зернами заполнителей.
б)межзерновые пустоты в крупном заполнителе должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с учетом некоторой раздвижки зерен.
Сумма расходов компонентов численно равна средней плотности бетонной смеси, выраженной в кг/м3.
Иногда состав бетона выражают в относительных единицах, например по отношению к массе цемента: 1 : В/Ц : П/Ц : К/Ц.
Рассчитанный состав проверяют путем пробного за-творения бетона, внося коррективы для достижения заданной удобоукладываемости бетонной смеси. Из бетонной смеси изготовляют   контрольные  образцы, которые после твердения по заданному режиму испытывают на прочность. Если полученная при испытании образцов прочность бетона отличается от заданной более чем на 15%, то изменяют расход цемента (т. е. Ц/В) в большую или меньшую сторону.
Окончательно определенный номинальный (лабораторный) состав бетона, полученный для сухих материалов, пересчитывают на рабочий состав, в котором учитывают влажность заполнителей.

Основной закон прочности

Прочность — основная характеристика бетона как конструкционного материала. Числовое значение прочности определяется действием многих факторов. Выделим важнейшие из них: качество примененных материалов и пористость бетона. Качество вяжущего оценивают его маркой, качество заполнителей учитывается с помощью условного коэффициента А, а пористость зависит от водоцементного отношения В/Ц.
Исследов а н и я м и проф. И. Г. Малюги в 1895 г. было установлено, что прочность плотноуложенного бетона понижается по мере увеличения количества воды в бетонной смеси. Рассмотрим зависимость прочности затвердевшего бетона от количества воды затворения в бетонной смеси. Эта зависимость изображается кривой, имеющей две ветви.

Левая ветвь соответствует неудобоукладываемым смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. Низкая прочность бетона в этой части кривой объясняется наличием многочисленных крупных воздушных пустот, каверн, неплотностей, которые возникают вследствие чрезмерно высокой (для данного способа уплотнения) вязкости цементного теста и недостаточного его объема. По мере увеличения расхода воды объем цементного теста возрастает, а его вязкость понижается, так что становится возможным уложить смесь весьма плотно, с наименьшими дефектами. Максимум на кривой прочности соответствует оптимальному для данного способа уплотнения расходу воды, при котором смесь укладывается наиболее плотно. При большем расходе воды бетонная смесь укладывается так же плотно, однако прочность бетона уменьшается   вследствие того, что лишь часть добавляемой воды (15...20 % от массы цемента) связывается.

Избыток воды образует в бетоне множество тонких капиллярных пор и полостей. Поэтому плотность и прочность бетона понижаются.
При изменении расхода цемента и работы уплотнения оптимум кривой смещается. Огибающая кривая, которая объединяет точки с оптимальными частными значениями В/Ц, представляет собой гиперболу и выражает общую зависимость прочности бетона слитной (плотной) структуры от водоцементного отношения. Н. М. Беляев на основании математической обработки многочисленных экспериментальных данных предложил формулу, связывающую прочность бетона при сжатии с активностью цемента  и водоцементным отношением.
При использовании цементов разных марок зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения изображается в виде пучка прямых, сходящихся в одну точку: 0,5—для интервала Ц/В = 1,4...2,5 и —0,5—для интервала Ц/В =2,5...3,3.

Возникновение контракционного объема,контактная зона

Возникновение контракционного объема связано с уменьшением абсолютного объема системы цемент — вода в результате явления контракции. Контракционный объем возрастает по мере увеличения степени гидратации цемента.
Контактная зона формируется на границе заполнителя с цементирующим веществом. Она по составу и строению отличается от близлежащего цементирующего вещества. Ширина контактной зоны в цементном камне достигает 30...60 мкм. Прочность сцепления между заполнителем и цементирующим веществом зависит от природы заполнителя, его пористости, шероховатости и чистоты поверхности зерен, вида цемента, водоцемент-ного отношения, а также условий твердения бетона. Физико-химическое сращивание обусловлено в основном миграцией к поверхности зерна заполнителя гидроксида кальция, возникающего при твердении портландцемента. В результате на поверхности заполнителя возникают кристаллы Са(ОН)2 и СаСОз- Некоторые заполнители, например известняковый щебень, способны к химическому взаимодействию с продуктами гидратации цемента, что приводит к усилению сцепления.
При использовании заполнителей из плотных горных пород (гравия, щебня из гранита, диорита) прочность сцепления в контактной зоне, как правило, ниже прочности цементирующего вещества на растяжение. Лучшее сцепление дают пористые заполнители, обладающие развитой шероховатой поверхностью.

Микроструктура затвердевшего бетона

Микроструктура характеризуется составом и строением твердой фазы, объемом и характером пор, а также строением контактной зоны. Цементирующее вещество (цементный камень) скрепляет компоненты бетона в единое целое, т. е. является минеральным клеем. Важнейшими качествами его являются прочность и адгезия, т. е. способность к сцеплению с зернами заполнителя.
Свойства цементного камня зависят от его состава и строения. В состав цементного камня входят продукты гидратации цемента и многочисленные включения в виде негидратированных зерен клинкера и добавок. Структура цементного камня определяется объемом и качеством новообразований, возникающих при твердении вяжущего вещества. Объем новообразований пропорционален степени гидратации цемента а.
Степень гидратации характеризует полноту использования режущего. Чем выше значения а, тем больше относительный объем новообразований и меньше пористость цементного камня. Вследствие этого возрастают прочность и долговечность бетона. Дисперсность частиц новообразований, по данным А. В. Волженского, также влияет на прочность, пористость и другие свойства цементного камня. Чем выше удельная поверхность новообразований и чем больше их концентрация, тем лучше связующая способность цемента. При укрупнении частиц новообразований, которое наблюдается при естественном длительном твердении бетона либо при некоторых режимах его тепловой обработки, возрастает хрупкость бетона и может понизиться его прочность.
Возникновение пор в бетоне связано с физико-химическими процессами твердения цемента и с испарением воды, не связываемой в новообразования. Таким образом, при наличии заполнителей из плотных горных пород пористость бетона обусловлена в основном пористостью цементного камня (см. с. 149). Общая пористость тяжелого бетона (без учета объема вовлеченного воздуха) пропорциональна объему испаряемой воды, который равен разности между объемом всей воды, использованной для приготовления смеси В (л) и объемом химически связанной воды. Если обозначить относительное количество химически связанной воды w (безразмерная величина), а расход цемента через Ц (кг), то
Объем химически связанной воды = 0,84 wЦ, л. Плотность химически связанной воды больше единицы, поэтому ее удельный объем принят 0,84 л/кг.
Общий объем пор, капиллярные поры, поры геля
Общий объем пор можно разделить на отдельные группы в зависимости от размеров пор, их происхождения и местоположения в структуре цементного камня. По классификации Г. И. Горчакова, пористость цементного камня представлена следующими группами: поры геля, капиллярные поры и контракционный объем.
Капиллярные поры имеют сравнительно большой диаметр — более 0,1 мкм, в обычных условиях насыщения они заполняются водой, которая может переходить в лед с соответствующим увеличением объема при температурах, мало отличающихся от нуля. Поэтому при значительном объеме капиллярных пор понижается морозостойкость бетона, ухудшается его сопротивляемость химической коррозии. Объем капиллярных пор сокращается по мере увеличения степени гидратации цемента.
Поры геля — это промежутки между частицами геля, заполненные адсорбционно связанной водой. Эти поры имеют очень малый размер — не более 0,004 мкм, они непроницаемы для воды. Вода, адсорбционно связанная в порах геля, обладает повышенной плотностью (около 1,25 т/м3) и не замерзает вплоть до температуры—78 °С. Поэтому поры геля не ухудшают морозостойкости бетона. Объем этих пор равен объему адсорбционно связанной воды.

Общие сведения о структуре затвердевшего бетона

Тяжелым называют бетон плотной (слитной) структуры, приготовляемый на цементном вяжущем, плотных мелком и крупном заполнителях. Это — характерный представитель материалов конгломератного (составного) типа, включающий в себя заведомо разнородные компоненты — зерна заполнителя, скрепленные вяжущим веществом.
В структуре бетона отчетливо выделяется три элемента: заполнитель, цементирующее вещество и зона контакта между ними.
Характер   макроструктуры зависит от соотношения между       компонентами и   однородности   их распределения в бетоне.   Следует   учитывать   также   воздушные        пустоты, возникающие    из-за недоуплотнения бетонной смеси, и усадочные трещины, которые могут образоваться в процессе твердения в цементирующем веществе и контактной зоне.
Если объемная доля цементирующего вещества относительно мала, то бетон характеризуется так называемым контактным расположением зерен заполнителя. В этом случае уменьшается вероятность трещинообразования в тонких прослойках цементирующего вещества. При увеличении расхода цемента возрастает объем цементирующего вещества и, как следствие, утолщаются прослойки между зернами заполнителя — возникает структура с плавающим расположением зерен.



© 2018 Строительные материалы .ру