Основные этапы развития технологии бетона

Независимо от подвижности бетонная смесь должна быть удобообрабатываемой. Это, в частности, значит, что при заполнении формы и уплотнении смесь должна сохранять однородность, не расслаиваться. Удобообра- батываемая бетонная смесь должна легко штыковаться при укладке в конус; из-под конуса при набивке не должна вытекать вода; после снятия конуса бетонная смесь должна оседать, не разваливаясь и не осыпаясь.

Проверкой удобообрабатываемости бетонной смеси может служить, например, проба «на лопату»; ударяя плашмя лопатой по бетонной смеси, смотрят, какой след оставляет лопата; если пустоты между щебенками не заполнились раствором, то это означает, что в бетоне недостаточно раствора и смесь неудобообрабатываема; при Хорошей смеси пустоты быстро заполняются раствором. Если при ударах лопата погружается в массу бетона, оставляя впадину, то это показывает, что имеется избыток раствора и что такой бетон может быть сильно пористым.

Если к бетонной смеси добавить одновременно цемент и воду, то подвижность бетонной массы увеличится. Если при этом не изменится водоцементное отношение (т. е. отношение массы воды к массе цемента), то и прочность бетона не изменится. Таким образом можно добиться нужной подвижности бетонной смеси при заданной прочности бетона.

Для легких бетонов требуется получение бетона заданной прочности и объемной массы при нужной подвижности бетонной смеси.

Состав бетона задается: а) в виде соотношения по массе количества цемента, песка и щебня (гравия), причем количество цемента принимается за единицу; количество воды указывается отдельно в виде водоцементно- го отношения ВЩ (например, состав 1 :2,5 : 4,5 по массе; В/Ц=0,6); б) в виде количества материалов на 1 м3 бетона (например, 260 кг цемента, 170 л (кг) воды, 700 кг песка, 1280 кг щебня).  

 

 

 

 

27. Плотность бетона.

 

В зависимости оттого, какое процентное соотношение воды и цемента было использовано при изготовлении бетона, показатели прочности и плотности могут изменять свои значения. Именно из-за этого наиважнейшим условием изготовления качественного бетона является обязательное соблюдение всех стандартов и правил при его изготовлении. Серьезное влияние на качество полученного бетона может оказать переизбыток влажности заполнителей. Для того, чтобы обеспечить изготовляемому бетону полное соответствие его проектным характеристикам, необходимо достаточно часто измерять влажность компонентов и, при необходимости, вносить соответствующие поправки.

Плотность бетона равна 2,38 т/м3.

В современное время получил распространение особо тяжелыйц бетон. Плотность бетона данной категории может быть больше 2,5 т/м3.

К заполнителям, которые используются для изготовления особо тяжелого бетона, предъявляется целый ряд жестких требований. Использование таких бетонов наиболее часто встречается в области специальных конструкций и сооружений, например, при конструировании ядерного реактора, атомной электростанции, а также для обеспечения надежной защиты от радиоактивного воздействия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Проницаемость бетона.

 

Проникание в бетон жидких агрессивных веществ существенно влияет на его долговечность, например при вымывании Са(ОН)2 или при действии агрессивных растворов. Интенсивность проникания их определяется проницаемостью бетона, которая является важной характеристикой стойкости бетона, в том числе ее морозостойкости. В армированном бетоне проникание влаги и воздуха вызывает коррозию арматуры, что ведет к увеличению ее объема, растрескиванию и отслаиванию защитного слоя бетона.

Проницаемость бетона представляет интерес для оценки водопроницаемости емкостей для жидкостей и других конструкций, а также в связи с проблемой гидростатического давления в плотинах.

Следует отметить, что движение сквозь толщу бетона может обусловливаться не только давлением воды, но и градиентом влажности на противоположных поверхностях бетона    или осмотическим   эффектом.

Цементный камень и заполнитель имеют поры. Кроме того, в бетоне имеются пустоты в результате недостаточного уплотнения или во-доотделения, которые могут составлять от 1 до 10% объема бетона. В последнем случае мы имеем раковистый бетон с очень низкой прочностью. Так как зерна заполнителя связаны в плотном бетоне цементным камнем, основную роль в проницаемости бетона играет проницаемость цементного камня.

Поры в цементном камне были рассмотрены ранее, но следует напомнить о различии между порами в геле и капиллярными порами. Первые составляют около 28% объема цементного камня, а вторые — от 0 до 40% в зависимости от водоцементного отношения и степени гидратации.

Объем пор в бетоне, как характеристика его проницаемости, измеряется водопоглощением, которое обычно определяется высушиванием образца до постоянного веса, насыщением водой и измерением увеличения веса в процентах к весу сухого образца. В табл. 7.1 приведены результаты определения водопоглощения бетонных образцов, полученные при различных режимах насыщения и высушивания. Из этой таблицы можно установить следующее: высушивание при нормальной температуре неэффективно для удаления всей влаги, а высушиванием при высокой температуре можно удалить и часть связанной воды. Таким образом, водопоглощение не может служить методом определения качества бетона, но большинство доброкачественных бетонов имеет величину водопоглощения менее 10%.

Фильтрация воды через бетон подчиняется общим законам фильтрации через пористые тела. Цементный камень состоит из частиц, соединенных друг с другом только на небольшой части их общей поверхности, часть воды находится в пределах поля сил твердой фазы, т. е. адсорбируется. Эта вода имеет большую вязкость, но достаточно подвижна и участвует в фильтрации.

Проницаемость бетона не является простой функцией его пористости, но зависит также от размера, длины и распределения пор. Так, хотя пористость цементного геля 28%, его проницаемость составляет всего 7 • 10~14 см/сек [7.3]. Это объясняется очень тонкой структурой твердеющего цементного теста: поры и твердые частицы очень малы и многочисленны, в то время как в заполнителе большие по размеру поры, хотя и в меньшем количестве, приводят к более высокой проницаемости. По этой же причине вода проникает через капиллярные поры значительно легче, чем через малые поры геля: цементный камень в своей массе в 20—100 раз более проницаем, чем сам гель.

Таким образом, проницаемость цементного камня определяется его капиллярной пористостью. Связь между этими двумя характеристиками приведена на рис. 7.1.

Для сравнения в табл. 7.2 приведены водоцементные отношения цементного камня, имеющего ту же проницаемость, что и обычные горные породы. Интересно, что проницаемость гранита имеет тот же порядок, что и бетона с ВЩ=0,7, т. е. не очень высокого качества.

Проницаемость цементного камня меняется в процессе его гидратации. В цементном тесте фильтрация воды определяется размером, формой и концентрацией цементных частиц. В процессе гидратации проницаемость резко уменьшается, так как объем геля (включая поры) примерно в 2,1 раза больше объема негидратированного цемента и гель заполняет часть пор, которые вначале были заполнены водой.

В затвердевшем цементном камне проницаемость зависит от размера, формы и концентрации частиц геля и'замкнутости капилляров. В табл. 7.3 приведены значения коэффициента проницаемости цементного камня с В/Ц=0,7 в разном возрасте. Для цементного камня с одинаковой степенью гидратации проницаемость тем ниже, чем выше содержание цемента, т. е. чем ниже водоцементное отношение. Рис. 7.2 показывает величины проницаемости цементного камня, в котором про-гидратировало 93% цемента.

Наклон кривой значительно меньше для цементного камня с В/Ц менее 0,6, т. е. для цементного камня  с прерывистыми капиллярами.

На рис. 7.2 видно, что уменьшение В/Ц от 0,7 до 0,3 снижает коэффициент проницаемости в тысячу раз. Такое же снижение имеет место в цементном камне с В/Ц=0,7, за период от 7 суток до 1 года.

Проницаемость бетона зависит от свойств цемента. При одинаковом водоцементном отношении цемент грубого помола образует более пористый цементный камень, чем цемент тонкого помола.

Состав цемента влияет на проницаемость лишь настолько, насколько изменяется степень гидратации. В целом, можно предположить, что чем выше прочность цементного камня, тем ниже его проницаемость, а прочность — функция относительного объема геля в свободном пространстве.

Это положение имеет лишь одно исключение: высушивание цементного камня повышает его проницаемость, возможно, вследствие того, что усадка разрушает часть геля между капиллярами и таким образом открывает новые пути для воды.

Воздухововлечение повышает проницаемость бетона. Однако, так как воздухововлечение уменьшает расслаиваемость и водоотделение и повышает удобоукладываемость, позволяя применять более низкое В/Ц, в целом действие воздухововлечения не обязательно отрицательное.

Проницаемость бетона может быть измерена в лаборатории рядом простых методов, но в результате этих измерений могут быть получены лишь сравнительные данные. Боковые грани испытуемого образца уплотнены и вода под давлением подается только к верхней его грани.

Для создания давления часто используют сжатый воздух. При этом нужно следить, чтобы в воде не было воздуха, так как в противном случае при снижении давления воздух может проникнуть (выделиться) в образец и уменьшить величину фильтрации. Измеряется количество воды, прошедшее через бетонный образец данной толщины за определенное время и определяется коэффициент проницаемости К по формуле Дарси

Измерения проницаемости могут быть проведены на образцах с целью изучения влияния изменений состава бетона, способов перемешивания, укладки и ухода за бетоном. Эти испытания позволяют также судить о долговечности бетона, подвергающегося коррозионному действию фильтрующей воды.

 

 

 

 

 

 

 

29. Морозостойкость бетона.

 

Прочность и деформативность затвердевшего бетона зависит в основном от его водонасыщения, разницы температур и количества циклов замораживания и оттаивания. С увеличением водонасыщения сверх предельной величины замерзающая в порах вода кристаллизуется. Из-за аномального расширения воды при переходе в лед и особенно из-за невозможности ее отжатия в свободные объемы пор в бетоне появляется избыточное внутреннее давление. Такое давление может создавать предельные растягивающие напряжения в стенках пор и приводить к существенным изменениям структуры бетона, снижающим его прочностные свойства.

Снижение прочности бетона после его оттаивания наблюдается лишь при его водонасыщении выше определенной величины, которая, в свою очередь, имеет закономерную связь со степенью понижения отрицательной температуры. В. М. Москвин, М. М. Капкин и Л. Н. Антонов предлагают называть наименьшую величину водонасыщения объема пор бетона, при которой обнаруживается относительное снижение его прочности в замороженном состоянии и абсолютное снижение прочности оттаявшего после замораживания бетона, критическим водонасыщением. Предполагается, что эта величина может быть достигнута не только при водонасыщении бетона перед замораживанием, но и в результате перераспределения поровой воды в замерзающем бетоне в виде пара жидкости по законам миграции.

Согласно данным тех же авторов влияние степени водонасыщения на прочность бетона при его замораживании и оттаивании можно проследить на рис. 72, из которого видно, что с увеличением водонасыщения прочность Охлажденных до —40 и —60° С образцов возрастает лишь до определенной величины и затем относительно снижается. Максимальное значение прочности является функцией количества содержащейся в порах бетона воды и степени понижения температуры. После оттаивания прочность бетона существенно  уменьшается.

Прозвучивание призм, водонасыщенных и замороженных до температуры — 10 и —30° С, также свидетельствует о наличии деструктивных изменений в бетоне этих призм.

После цикличного замораживания и оттаивания образцов установлено, что призмы, последовательно загруженные до возникновения в них границы

Rr, начиная примерно со 100 циклов замораживания, разрушались более интенсивно, чем незагруженные.  Подвальный также отмечают существенное изменение морозостойкости бетона под влиянием силовых воздействий от внешней нагрузки.

Высокопрочные бетоны, изготовленные по оптимальной технологии, как правило, имеют более равномерную структуру, минимальную пористость и вследствие этого пониженную водопроницаемость. При работе таких бетонов под нагрузкой, R® и R% возникают при больших напряжениях, чем в обычных бетонах и особенно низкомарочных. В связи с этим высокопрочные бетоны имеют повышенную морозостойкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30. Теплофизические свойства бетона.

 

Теплопроводность бетона считается одной из самых важных характеристик бетонных сооружений, поскольку данный критерий влияет не только на теплоизоляционные качества зданий, но и на долговечность бетонных конструкций. Коэффициент наружного и внутреннего расширения бетонных изделий, т.е. степень их деформации варьируется от диапазона перепадов температур и основного заполнителя бетонного раствора, что также сказывается на теплопроводности и долговечности бетонных сооружений.

Теплопроводность легкого, пористого бетона в воздушно-сухом состоянии составляет 0,6 Вт(м.°С), а теплопроводность тяжелого бетона 1,2 Вт(м.°С). Хорошая теплопроводность бетона является его недостатком, поэтому стеновые бетонные панели зданий, возведенные из тяжелого бетона, оборудуются дополнительным теплоизоляционным слоем.

Коэффициент температурного расширения тяжелого бетона приблизительно равен 0,00001°С, стало быть при достижении температуры 50°С расширение конструкции составит 0,5 микромиллиметров. Для предотвращения растрескиваний сооружений построенных из тяжелого бетона, бетонные плиты принудительно разрезаются на температурно-усадочные швы. Также вас могут заинтересовать топки для каминов по оптимальной цене.