Основные этапы развития технологии бетона

Возможность химического воздействия на активность цемента связана с распространением в последнее время полимерных добавок. В основном применяются добавки пластифицирующего принципа действия. С 30-х годов применяются добавки с активными сульфогруппами – лигносульфонаты, нафталин – меламин формальдегиды. Основной принцип действия – диспергирующий, связанный с увеличением сольватной оболочки цементных частиц с мощным одноименным зарядом поверхности этой оболочки. В принципе действия заложен порок – увеличение разобщенности частиц, затрудняющее кристаллообразование. Действительно, эти добавки хорошо пластифицируют, но одновременно снижают активность цемента, попавшего в их раствор. Кроме того, сомнительна с точки зрения совместимости с бетоном химическая природа добавок, основанных на сульфатах. Все это, с нашей точки зрения, ставит под сомнение перспективы применения сульфатных добавок.

От этих недостатков свободны добавки, основанные на карбоксильных группах. Их принцип действия связан с уменьшением межслойного трения бетонной смеси за счет величины и формы гидрофильных полимерных хвостов молекул. Таким образом, основное действие – опять пластифицирующее.

В рядовых бетонах увеличивать активность цемента предпочтительнее, чем пластифицировать – водоредуцировать. Бесконечно снижать содержание воды в бетоне не имеет смысла ни с технической, ни с экономической точек зрения. В последнее время на рынке появились добавки, основное действие которых – увеличение активности цемента, попавшего в их раствор. Серийное производство таких добавок под маркой ПКФ-70 освоено ООО «ВПК». Действующее вещество – олигомеры с активными фосфоновыми группами. Они имеют гораздо меньшие размеры молекул, чем известные полимерные добавки в сочетании с энергетической эффективностью, сопоставимой с сульфонатами. В силу высокой энергозаряженности добавки активно сорбируются на зародышах кристаллообразования, образуют с ними растворимые комплексы, препятствуя очаговому кристаллообразованию. Этим обеспечивается однородность формирования кристаллов по мере потери воды из-за гидратации.

Для обеспечения оптимального водоредуцирования в сочетании с увеличением активности цемента перспективна модификация пластификаторов олигофосфонатами. Например, ПКФ-70П – продукт модификации лигносульфоната, относится к пластификаторам, но одновременно увеличивает прочность, по сравнению с образцом без добавки, на 20–30% при одинаковом В/Ц. Применение добавки при изготовлении безопалубочных плит методом экструзионного формования на Воскресенском заводе ЖБКиИ позволило снизить требования к прочности бетона при снятии натяжения с канатов с 350 до 280 кг/см2. На наш взгляд это свидетельствует о значительном улучшении свойств цементного теста из-за однородности.

Лабораторные результаты определения экономического эффекта обнадеживают – замена цемента вяжущим на основе оптимального сочетания карбоната в виде водной суспензии на ПКФ-70Д и цемента приводят к экономии средств от 500 руб/1 м3 бетона. Изменением пропорций цемента и суспензии можно добиться оптимальной активности вяжущего для любой марки бетона. Опытное внедрение метода с целью промышленной апробации осуществляется в ООО «Волжский ЖБК» в настоящее время.

С точки зрения минимизации пустотности оптимальным соотношением размеров компонентов является в 6 – 8 раз, в то время как разница в размерах между мелом и песком – в пятьдесят раз. Необходимо введение еще одного компонента. Материал необходимых размеров был получен измельчением карьерного песка с Мкр=2,5 в мельнице РИМ. На рис. 4 показаны его гранулометрические характеристики. Кроме успешного применения в тяжелых бетонах, такие размеры позволяют удешевить тяжелую составляющую легких бетонов без потери прочности. Вместо цемента прослойки между легким заполнителем целесообразно формировать из смеси цемента, суспензии мела и молотого на мельнице «РИМ» песка в соотношениях, обеспечивающих минимальную пустотность заполнителя.

Таким образом, эффективно снизить себестоимость бетона, уменьшить коэффициент вариации можно за счет изменения схемы подготовки сырья с использованием роторно-инерционных мельниц, применением современных модификаторов активности цемента и расширением сырьевого ассортимента карбонатами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42. Быстротвердеющий бетон.

Получение быстротвердеющего бетона, обладающего относительно высокой прочностью в раннем возрасте (1 ... 3 сут) при твердении в нормальных условиях, достигается применением быстротвердеющего цемента, а также различными способами ускорения твердения цемента. К этим способам относятся: 1) применение жесткой бетонной смеси с низкими значениями водоцементного отношения; 2) использование добавок — ускорителей твердения (СаС12), глиноземистого цемента и др.; 3) сухое или мокрое домалывание цемента с добавкой гипса (2 ... 5 % от массы цемента) или с применением комплексных специальных добавок; 4) активация цементного раствора.

Наилучшие результаты получаются при проведении комплекса мероприятий. При применении алюминатного цемента М400, домолотого с 3% гипса, жесткой бетонной смеси с 3/Ц=0,35, добавки хлористого кальция в количестве 2 % от массы цемента и виброперемешивания автором были получены беконы с прочностью при сжатии в первые сутки 30 ... 50 МПа.

Из добавок-ускорителей твердения наиболее распространен хлористый кальций, обеспечивающий наилучшие результаты по сравнению с другими добавками. Хлористый кальций позволяет ускорить твердение бетона в раннем возрасте, несколько снизить расход цемента и улучшить удобоукладываемость смеси. Наиболее целесообразно вводить хлористый кальций в состав бетонов, приготовляемых на пуццолановых цементах, шлакопортландцементах или медленно твердеющих портландцементах. В бетонных конструкциях количество такой добавки не должно превышать 3 %, а в железобетонных — 2 % от массы цемента. Если диаметр арматуры менее 4 мм и конструкция предназначена для длительной эксплуатации, то в бетон нельзя вводить хлористый кальций, так как он способствует развитию коррозии арматуры Оптимальное содержание хлористого кальция 1 ... 2 % Устанавливают со опытным путем, так как эффективность добавки зависит от многих факторов (минералогического состава и тонкости помола цемента, условий выдерживания и др.), которые невозможно учесть при расчете. Для равномерного распределения хлористого кальция в бетонной смеси его вводят в виде раствора вместе с водой затворения. Твердый или жидкий хлористый кальций растворяют в воде до концентрации, соответствующей плотности раствора.— около 1,2 г/см3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43. Бетон гидротехнических сооружений.

Бетон для гидротехнических сооружений должен обеспечивать длительную службу конструкции постоянно или периодически омываемых водой. Поэтому в зависимости от условий службы к гидротехническому бетону помимо требований прочности предъявляют также требования по водонепроницаемости, а нередко и по морозостойкости. Выполнение этих дополнительных требований достигается правильным определением состава бетона.

Обычно гидротехнический бетон делят на следующие разновидности: подводный, постоянно находящийся в воде; расположенный в зоне переменного горизонта воды; надводный, подвергающийся эпизодическому омыванию водой. Кроме того, различают массивный и немассивный бетон и бетон напорных и безнапорных конструкций.

Прочность на сжатие гидротехнического бетона определяют в возрасте 180 сут. В строительстве применяют бетон классов В10 . . В40.

По водонепроницаемости в 180-суточном возрасте бетон делят на четыре марки: W2; W4; W6; W8 Бетон марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2 МПа, бетон марок W4, W6 и W8— при давлении соответственно 0.4; 0,6 и 0,8 МПа.

По морозостойкости гидротехнический бетон делят на пять марок: F50, F100, F150, F200, F300 В этом случае марка определяет число циклов замораживания и оттаивания (в возрасте 28 сут), после которого прочность бетона снизилась не более чем на 25% Требование морозостойкости предъявляется лишь к тем гидротехническим бетонам, которые в конструкциях подвергаются совместному действию воды и мороза.

Специальные свойства этого бетона, например водонепроницаемость, обеспечиваются: 1) выбором материалов, обеспечивающих требуемые морозостойкость и водонепроницаемость, 2) определением В/Ц не только из уровня прочности, но и из условия долговечности; 3) назначением расхода цемента в определенных пределах;

4) выбором коэффициента  раздвижки а, обеспечивающего получение  плотного и долговечного бетона; 5) применением в некоторых случаях  микронаполнителей, уменьшающих тепловыделение и объемные деформации и гарантирующих получение плотного бетона при низких расходах цемента; 6) применением воздухововлекающих добавок.

Наиболее важным является правильное назначение В/Ц, что косвенным образом обеспечивает получение бетона требуемой плотности, хотя наилучшие результаты достигаются при выполнении всего комплекса мероприятий.

Для гидротехнического бетона допускается применение портландцемента, пластифицированного и гидрофобного цементов, пуццоланового и шлакового, а в некоторых случаях сульфатостойкого цемента.

Пуццолановый цемент характеризуется большей физической и химической стойкостью при действии на бетон природных вод,

как пресных, так и минерализованных, малым тепловыделением при твердении, большей плотностью цементного камня, а следовательно, и бетонная смесь (данного состава и подвижности) отличается меньшей склочностью к водоотделению. Однако существенным недостатком бетонов на пуццолановых цементах является их меньшая морозостойкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44. Дорожный бетон и бетон для аэродромов.

Разновидностью тяжелого бетона является дорожный бетон, который применяется при строительстве дорожных и аэродромных покрытий. Для приготовления дорожного бетона марка цемента должна быть не менее 400, а для оснований – не ниже 300.

Бетон в дорожном покрытии подвергается воздействию различных погодно-климатических факторов (атмосферные осадки, колебания температуры, замораживание и оттаивание, увлажнение и высыхание и т.д.), поэтому к нему предъявляют повышенные требования по прочности, морозоустойчивости, износостойкости.

Марка дорожного бетона по морозостойкости должна быть не ниже Мрз150. Для устройства оснований – Мрз50.

Водоцементное отношение рекомендуется принимать не более 0,5 для верхних слоев дорожных покрытий, 0,6 – для нижних и не более 0,75 – для оснований.

Износостойкость дорожного бетона определяется структурой и составом верхнего слоя дорожного покрытия. Износ бетона увеличивается при использовании подвижных бетонных смесей с большим водоцементным отношением в связи с тем, что при уплотнении на поверхности бетона образуется слой недостаточно прочного раствора. Износостойкость дорожного бетона значительно понижается, если его твердение происходит в условиях низких температур и недостаточной влажности среды.

Исходные материалы для приготовления дорожного бетона должны быть высокого качества. Песок используется преимущественно природный крупно-, средне-, мелкозернистый с содержанием пылевато-глинистых примесей не более 3%. К мелкозернистому песку необходимо добавлять высевки в количестве 35%. Щебень и гравий рекомендуется применять оптимального гранулометрического состава с примесями не более 1%. Предельная крупность зерен щебня для однослойного и нижнего слоя двухслойного покрытия – 40 мм, а для верхнего слоя двухслойного покрытия – 20 мм.

В дорожном строительстве бетонные смеси приготавливают на бетоносмесительных установках циклического действия типа С-243-2А или на передвижных установках непрерывного действия типа С-543. Производительность данных установок 100-200 м3/смену.

Укладку, уплотнение и отделку выполняют с помощью комплекта бе-тоноукладочных машин: бетоноукладчика Д-375, бетоноотделочной машины Д-376 и машины для нарезки швов в бетонном покрытии.

Уход за свежеуложенным дорожным бетоном осуществляется, как за обычным бетоном.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45. Жаростойкий бетон.

БЕТОН ЖАРОСТОЙКИЙ — состоит из вяжущего (гидравлического или воздушного) и заполнителя. В вяжущее во многих случаях вводится минеральная тонкомолотая добавка. Мелкий и крупный заполнители приготовляются дроблением огнеупорных или тугоплавких горных пород, боя обожженных огнеупорных изделий и некорых др. материалов или же вырабатываются специально заводским способом. Бетоны жаростойкие приготовляются на одном из следующих вяжущих: портландцементе или шлакопортландцементе, высокоглиноземистом, глиноземистом или периклазовом цементах и на жидком стекле. В зависимости от объемного веса бетон жаростойкий делят на обычный и легкий (последний с объемным весом в высушенном состоянии менее 1500 кг/м3).

Тонкомолотыми добавками служат тонкоизмельченные или пылевидные материалы: хромитовая руда, бой магнезитового или шамотного кирпича, кусковой шамот, цемянка, андезит, пемза, гранулированный доменный шлак, лёссовый суглинок и зола-унос; для легких бетонов жаростойких— бой шамотного или диатомового кирпича, цемянка, керамзит и зола-унос. В качестве мелкого (от 0,15 до 5 мм) и крупного (от 5 до 25 мм) заполнителей применяются дробленые материалы: титано-глиноземистый шлак, дунит, хромитовая руда, бой магнезитового магнезитохромитового, высокоглиноземистого или шамотного кирпича, кусковой шамот, бой полукислого, талькового и обыкновенного глиняного кирпича, доменный отвальный шлак, базальт, диабаз, андезит, артикский туф; в легких бетонах жаростойких — вспученные вермикулит или перлит, керамзит                                          Вяжущими для Ж. б. служат: Портландцемент, шлакопортландцемент, в (сокоглинозёмистый, глинозёмистый или периклазовый цементы, жидкое стекло, фосфатные связки и др. В вяжущие во многих случаях вводятся тонкомолотые Добавки. По степени огнеупорности Ж. б. подразделяются на высокоогнеупорные (огнеупорность выше 1770оС), огнеупорные (1580—1770°С), жароупорные (ниже 1580°С). Ж. б. применяют для сооружения тепловых агрегатов, фундаментов промышленных печей и др. конструкций, подверженных длительному нагреванию.