Общие сведения о строительных материалах

Карбонатный портландцемент получают путём совместного помола цементного клинкера с 30% известняка. Он обладает пониженным тепловыделением при твердении, повышенной стойкостью.

ЛЕКЦИЯ №4

Строительные  растворы.

Общие сведения.

 

Строительные растворы  представляют собой тщательно отдозированные мелкозернистые смеси, состоящие из неорганического вяжущего вещества (цемент, известь, гипс, глина), мелкого заполнителя (песка, дроблёного шлака), воды и в необходимых случаях добавок (неорганических или органических). В свежеприготовленном состоянии их можно укладывать на основание тонким слоем, заполняя все его неровности. Они не расслаиваются, схватываются, твердеют и набирают прочность, превращаясь в камневидный материал. Строительные растворы используют при каменных кладках, отделочных, ремонтных и др. работах. Их классифицируют по средней плотности: тяжёлые с средней ρ=1500кг/м³, лёгкие со средней ρ<1500кг/м³. По назначению: гидроизоляционные, талтопогенные, инъекционные, кладочные, отделочные и др.

Растворы приготовленные на одном виде вяжущего вещества, называют простыми, из нескольких вяжущих веществ  смешанными (цементно-известковый). Строительные растворы приготовленные на воздушных  вяжущих, называют воздушными (глиняные, известковые, гипсовые). Состав растворов выражают двумя (простые 1:4) или тремя (смешанные 1:0,5:4) числами, показывающие объёмное соотношение количества вяжущего и мелкого заполнителя. В смешанных растворах первое число выражает объёмную часть основного вяжущего вещества, второе – объёмную часть дополнительного вяжущего вещества по отношению к основному. В зависимости от количества вяжущего вещества и мелкого заполнителя растворные смеси подразделяют на жирные – с содержанием большого количества вяжущего вещества. Нормальные – с обычным содержанием вяжущего вещества. Тощие – содержащие относительно небольшое количество вяжущего вещества (малопластичные).

Для приготовления строительных растворов лучше использовать песок  с зёрнами, имеющими шероховатую  поверхность. Песок предохраняет раствор от растрескивания при твердении, снижает его стоимость.

Гидроизоляционные растворы (водонепроницаемые) – цементные растворы состава 1:1 – 1:3,5 (обычно жирные), в которые добавляют церезит, амоминат натрия, нитрат кальция, хлористое железо, битумную эмульсию.

Церезит – представляет массу белого или жёлтого цвета, получаемую из анилиновой кислоты, извести, аммиака. Церезит заполняет мелкие поры, увеличивает плотность раствора, делая его водонепроницаемым.

Для изготовления гидроизоляционных растворов используют портландцемент, сульфатостойкий  портландцемент. В качестве мелкого заполнителя в гидроизоляционных растворах используют песок.

Кладочные строительные растворы – используют при кладке каменных стен, подземных сооружений. Они бывают цементно-известковые, цементно-глиняные, известковые и цементные.

Отделочные (штукатурные) растворы -  подразделяют по назначению на наружные и внутренние, по расположению в штукатурке на подготовительные и отделочные.

Акустические растворы – лёгкие растворы, обладающие хорошей звукоизоляцией. Приготовляют эти растворы из портландцемента, шлакопортландцемента, извести, гипса и др. вяжущих веществ с использованием в качестве заполнителя лёгких пористых материалов (пемзы, перлита, керамзита, шлака).

ЛЕКЦИЯ №5

Обычный бетон  на гидротационных вяжущих веществах.

1. Материалы для обычного (тёплого) бетона.
2. Проектирование состава бетонной смеси.

Œ

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания бетонной смеси, состоящий в отдозированных в определённом соотношении гидротационных вяжущих веществ (цементирующих), мелких (песок) и крупных (щебень, гравий) заполнителей, воды и в необходимых случаях добавок.

Цемент. При приготовлении бетонной смеси применяемый вид цемента и его марка зависят от условий работы будущей бетонной конструкции или сооружения, их назначения, способов производства работ. 

Вода. Для приготовления бетонной смеси применяют обычную питьевую воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих твердению цементного камня. Запрещается применять для приготовления бетонной смеси сточные, производственные, или бытовые воды, болотные воды.

Мелкий заполнитель. В качестве мелкого заполнителя применяют природный или искусственный песок. Размер зёрен от 0,14 до 5 мм истинная плотность более ρ>1800кг/м³. Искусственный песок получают путём дробления плотных, тяжёлых горных пород. При оценке качества песка определяют его истинную плотность, среднюю насыпную плотность, межзерновую пустотность, влажность, зерновой состав и модуль крупности. Кроме того, следует исследовать дополнительные  качественные показатели песка – форму зёрен (остроугольность, окатаимость… ),  шероховатость и др. Зерновой или гранулометрический состав песка должен отвечать требованиям ГОСТ 8736-77. Его определяют путём просеивания просушенного песка через набор сит с отверстиями размером 5,0; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,14 мм. В результате просеивания навески песка через  этот набор сит на каждом из них остаётся остаток, называемый частным a_i. Его находят как отношение массы остатка на данном сите m_i к массе всей навески песка m:

Кроме частных остатков находят полные остатки А, которые определяют как сумму всех частных остатков в % на вышележащих ситах + частный остаток на данном сите:

По результатам просеивания  песка определяют его модуль крупности:

где А – полные остатки на ситах, %.

По модулю крупности  различают песок крупный (М_к>2,5), средний (М_к=2,5…2,0), мелкий (М_к=2,0…1,5), очень мелкий (М_к=1,5…1,0) .

Путём нанесения кривой просеивания  песка на график допускаемого зернового  состава определяют пригодность  песка для изготовления бетонной смеси.

 

1- кривая лабораторного  просеивания соответственно для  песка и крупного заполнителя.

Большое значения в подборе песка для бетонной смеси имеет его межзерновая пустотность V_п(%), которую определяют по формуле:

 

 

ρ_н.п – насыпная плотность песка, г/см³;

ρ – истинная плотность песка, г/см³;

В хороших песках межзерновая  пустотность составляет 30…38%, в разнозернистых – 40…42%.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя бетонной смеси применяют природный или искусственный щебень либо гравий с крупностью зёрен от 5 до 70мм.

Чтобы обеспечить оптимальный  зерновой состав крупный заполнитель делят на фракции в зависимости от наибольшей крупности зёрен  Д_наиб.; При Д_наиб=20мм крупный заполнитель имеет две фракции: от 5 до 10 мм и от 10 до 20 мм;

При Д_наиб=40мм – три фракции: от 5 до 10 мм; от 10 до 20 мм и от 20 до 40 мм;

При Д_наиб=70мм – четыре фракции: от 5 до 10 мм; от 10 до 20 мм; от 20 до 40 мм; от 40 до 70 мм. Большое влияние на расход цемента при приготовлении бетонной смеси имеет показатель межзерновой пустотности крупного заполнителя V_п.кр(%), которую определяют с точностью до 0,01% по формуле:

ρ_н.кр – средняя насыпная плотность крупного заполнителя.

ρ_к.кус – средняя плотность крупного заполнителя в куске.

Показатель межзерновой  пустотности должен быть минимальным. Меньшим его значение можно получить путём подбора оптимального зернового состава крупного заполнителя.

Зерновой состав крупного заполнителя устанавливают в  результате просеивания просушенного крупного заполнителя набором сит  с отверстиями размером 70; 40; 20; 10; 5 мм с учётом его максимальной Д_наиб и минимальной Д_наим крупности.

Щебень – обычно искусственный рыхлый материал с неокатанными шероховатыми зёрнами, получаемый путём дробления горных пород, крупного природного гравия или искусственных камней. Для определения пригодности щебня необходимо знать: истинную плотность горной породы,  среднюю плотность щебня, среднюю насыпную плотность щебня, относительную межзерновую пустотность и влажность щебня

Гравий – рыхлый природный материал с окатанными, гладкими зёрнами, образовавшийся в процессе физического выветривания горных пород. К гравию предъявляют те же требования что и к щебню.

Добавки. Введение добавок в цемент, растворную или бетонную смесь является простым и удобным способом повышения качества цемента, растворного камня и бетона. Позволяющим значительно улучшить не только их свойства но и технические, эксплуатационные показатели. Добавки используют при производстве вяжущих веществ, приготовлении строительных растворов и бетонных смесей. Они позволяют изменить качество бетонной смеси и самого бетона; воздействуя на удобоукладываемость, механическую прочность, морозостойкость, трещиностойкость, водостойкость,  водонепроницаемость, теплопроводность, стойкость к окружающей среде.

 

К основным свойствам бетонной смеси  относят связность (способность сохранять её однородность, не расслаиваясь при транспортировке, выгрузке), однородность, водоудерживающую способность (значительную роль играет в образовании структуры бетона, приобретении им прочности, водонепроницаемости и морозостойкости), удобоукладываемость (способность её быстро с минимальной затратой энергии приобретать необходимую конфигурацию и плотность, обеспечивая получение бетона высокой плотности).

Свежеприготовленная бетонная смесь  должна быть хорошо перемешана (однородна), пригодна к транспортировке на место укладки с учётом погодных условий, при  этом сопротивляться водоотделению и расслоению.

 



В задачу проектирования и подбора  состава бетонной смеси входит выбор  необходимых материалов (вяжущего вещества и др. компонентов) и установление их оптимального количественного соотношения. На основе этого получают бетонную смесь с заданными технологическими свойствами, а также максимально экономичный и долговечный бетон, отвечающий проектным и эксплуатационным требованиям при минимально возможном расходе цемента. Следовательно, бетонная смесь запроектированного состава должна обладать нерасслаивоемостью, необходимой удобоукладываемостью, связностью, а бетон, изготовленный из этой смеси – требуемыми свойствами: плотностью, прочностью, морозостойкостью, водонепроницаемостью.

Наиболее простой способ проектирования состава бетонной смеси – расчёт по абсолютным объёмам, в основе которого принято, что приготовленная, уложенная  и уплотнённая бетонная смесь  не должна иметь пустот.

Проектирование состава выполняют с использованием действующих рекомендаций и нормативных документов в такой последовательности:

1. Назначают для заданной марки бетона R_б рациональную марку цемента R_ц.
2. Определяют водоцементное отношение В/Ц , для обычного бетона с В/Ц ≥0,4: В/Ц=А·R_ц/(R_б+0,5А·R_ц); где R_ц – марка цемента; R_б – марка бетона; А – коэффициент учитывающий качество используемых компонентов.
3. Назначают ориентировочный расход воды на 1м³ бетонной смеси. Расход воды, необходимый для получения бетонной смеси заданной подвижности, зависит не только от вида и наибольшей крупности заполнителя, но и от формы и шероховатости зёрен.
4. Рассчитывают расход цемента (кг на 1м³ бетона) по найденному отношению В/Ц и принятому ориентировочному расходу воды: ;
5. Вычисляют расход заполнителей исходя из условия, чтобы сумма абсолютных объёмов всех составляющих материалов бетона была равно 1м³ уложенной и уплотнённой бетонной смеси:

Ц, В, П, Кр – расходы цемента, воды, песка, крупного заполнителя на 1м³ смеси, кг.

ρ_ц, ρ_в, ρ_п, ρ_кр – плотность этих материалов, кг/м³;

- их абсолютные объёмы, м³.

Формулы для определения расхода  заполнителей (кг на 1м³ бетона):

крупного заполнителя:

r – коэф. раздвижки зёрен крупного заполнителя, принимается ориентировочно (табличные данные)

П_кр – пустотность крупного заполнителя.

Ρ_н.кр – насыпная плотность крупного заполнителя.

мелкого заполнителя (песка):

6. Вычисляют расчётную среднюю плотность бетонной смеси:

и коэффициент выхода бетона:

Коэффициент выхода бетона β должен быть в  пределах 0,55…0,75.

Запроектированный состав бетонной смеси уточняют на пробных  замесах. На них же проверяют подвижность бетонной смеси. Если подвижность бетонной смеси окажется больше требуемой, то в замес небольшими порциями добавляют воду и цемент, сохраняя при этом постоянным отношение В/Ц до тех пор, пока подвижность бетонной смеси станет равной заданной. Если подвижность окажется больше заданной то в неё добавляют песок и крупный заполнитель (порциями по 5% первоначального количества), сохраняя выбранное отношение В/Ц. По результатам пробных замесов вносят коррективы в запроектированный состав бетонной смеси, учитывая что в производственных условиях используемые песок и крупный заполнитель находятся во влажном состоянии, а крупный заполнитель имеет некоторое водопоглащение, расход (л) требуемой воды на приготовление 1м³ бетонной смеси уточняют по формуле: