Проектирование состава тяжелового бетона

Структура тяжёлых бетонных смесей относится  ко второму типу. Подобные структуры  отличаются высокой эффективностью и позволяют получать нерасслаиваемые  бетонные смеси заданной подвижности  при минимальном расходе цемента.  Цементное тесто играет роль смазки между частицами заполнителя; при  повышении водоцементного отношения  свойства смеси приближаются к свойствам  вязкой жидкости. Такая смесь хорошо транспортируется и укладывается.

Бетонная  смесь проектируемого состава относится  к смесям, имеющим структуру второго  типа, т.е. с плотной упаковкой заполнителя.

3.2 Структура бетона

 

  Структура бетонной смеси сохраняется и при затвердевании. 

  Однако на свойства бетона определяющее влияние оказывает его плотность или пористость. При прочих равных условиях, объем и характер пористости, а также соотношение в свойствах отдельных составляющих бетона определяют его основные технические свойства, долговечность, стойкость в различных условиях. В этой связи целесообразно классифицировать структуру бетона с учетом ее плотности. На рисунке 3.2.1 показаны основные типы структур.

Рис. 3.2.1 - Основные типы макроструктуры бетона: 1 - плотная; 2 - плотная с пористым заполнителем; 3 - ячеистая; 4 - зернистая;

Rб - средняя прочность структуры; R1 и R2 - прочности составляющих бетона.

 

Бетон представляет собой сложную многофазную  систему, состоящую из цементного камня  с равномерно распределенными в  нем включениями в виде зерен  песка и крупного заполнителя, а  также более или менее мелких пор, заполненных водными растворами минеральных веществ и воздухом.

Плотная структура имеет контактное расположение заполнителя, когда его зёрна  соприкасаются через тонкую прослойку  цементного камня, и «плавающее»  расположение заполнителя, когда его  зёрна значительно удалены друг от друга. Плотная структура состоит  из сплошной матрицы твёрдого материала (цементного камня), в которую вкраплены  зёрна другого твёрдого материала (заполнителя), достаточно прочно связанные  с материалом матрицы. Ячеистая структура  отличается тем, что в сплошной среде  твёрдого материала распределены поры различных размеров в виде отдельных условно замкнутых ячеек. зернистая структура – совокупность скреплённых между собой зёрен твёрдого материала. Пористость зернистой структуры непрерывна.

Для тяжёлых бетонов характерна плотная  структура, для лёгких конструктивных – плотная структура с пористыми  включениями, ячеистые бетоны имеют  ячеистую структуру, крупнопористые –  зернистую.

Бетон проектируемого состава имеет плотную  макроструктуру, состоящую из цементного камня, в которую вкраплены зёрна заполнителя, достаточно прочно связанные с цементным камнем.

 

4 ДЕФОРМАЦИЯ ПОЛЗУЧЕСТИ БЕТОНА

 

Под ползучестью  бетона понимают его способность  деформироваться во времени при  длительном действии постоянной нагрузки. Физическая природа ползучести еще  недостаточно выяснена, но большинство  исследователей считают, что пластические деформации ползучести обусловливаются  пластическими свойствами цементного камня и изменением состояния  основной составляющей бетона. Деформации ползучести наиболее заметно развиваются  в первые сроки после приложения нагрузки и постепенно затухают, но они наблюдаются иногда у бетона в возрасте одного года и больше. Полная деформация ползучести может  значительно превосходить деформации, получаемые бетоном в момент загружения.

Ползучесть  бетона зависит от еще большего числя  факторов, чем его усадка, причем большинство факторов действует  на деформации ползучести подобно их влиянию на деформации усадки. На ползучесть бетона влияют расход и вид цемента, водоцементное отношение, вид и  крупность заполнителя, степень  уплотнения бетона, степень гидратации цемента к моменту приложения нагрузки, температура и влажность  окружающей среды и самого бетона, размеры образца и относительное  значение напряжений в бетоне Ползучесть бетона увеличивается при повышении  содержания цемента, увеличении водоцементного отношения, уменьшении крупности заполнителей и повышении их деформативности, например при применении пористых заполнителей.

Известно, что  зависимость между напряжением  и деформациями бетона является функцией времени: постепенное увеличение деформаций во времени обусловлено ползучестью. Ползучесть бетона, следовательно, может  быть определена как увеличение деформации при постоянной нагрузке. Деформации ползучести могут в несколько  раз превосходить деформации от нагрузки, поэтому изучение и учет ползучести имеет важное значение в строительной механике.

С другой стороны, если бетонный образец подвергается действию постоянной деформации, то ползучесть может быть определена как уменьшение напряжений во времени. Для характеристики явления ползучести, исходя из различного понимания природы явления, употреблялось множество терминов, таких, как течение, пластическое течение, пластическая деформация и др. В настоящее время общепринятым термином для обозначения роста деформаций во времени под постоянной нагрузкой является «ползучесть».

При нормальных условиях загружения мгновенная деформация зависит от скорости нагрузки и может  включать в себя кроме упругой  также и часть деформации ползучести. Точное разделение мгновенной упругой  деформации и начальной ползучести предствляет трудную задачу, однако для практических целей такое  определение мгновенной деформации является достаточно корректным.

Поскольку модуль упругости увеличивается с возрастом  бетона, упругая деформация постепенно уменьшается,  и,  строго  говоря,   ползучесть должна быть измерена как часть, превышающая упругую деформацию, в то время когда определяется ползучесть . Однако при определении модуля упругости часто не учитывается возраст бетона и за деформацию ползучести принимают просто увеличение выше уровня начальной упругости деформации. Такое определение, хотя и является теоретически менее точным, не приводит к серьезным погрешностям и удобно для практических измерений.

Полагают,   что   величины ползучести при сжатии и растяжении    одного    порядка   и влияние на них различных факторов происходит по одному механизму.   Эти   положения справедливы и для ползучести бетона при   кручении, хотя сведения о ползучести при этом виде напряженного состояния ограничены.

Если бетон  подвергается высушиванию в период нагружения, то деформации ползучести и усадки накладываются и для  вычисления деформаций ползучести следует из общей деформации за время испытаний вычесть деформацию усадки, определенную в тех же условиях и за то же время на не-нагруженных образцах. Это вынужденное упрощение далее показало, что ползучесть и усадка — не независимые явления.

При мгновенном   снятии  нагрузки  деформации   бетона   мгновенно уменьшаются на величину, эквивалентную упругой деформации, характерной для бетона рассматриваемого возраста. Величина этой деформации обычно меньше деформации при загружении бетона. За этим упругим последействием следует постепенное уменьшение деформации, называемое восстанавливаемостью деформации ползучести. Форма кривой восстанавливаемости аналогична кривой ползучести, но достигает максимума быстрее. Ползучесть бетона характеризуется неполной обратимостью.

 

 

 

   5 ДОБАВКИ, ПОВЫШАЮЩИЕ ПЛОТНОСТЬ БЕТОНА

 

 

Увеличение плотности бетонов  и растворов, долговечности изделий  достигается применением минеральных  и водорастворимых добавок.

Тонкодисперсные минеральные вещества, содержащие активный кремнезем (в аморфном состоянии), не только заполняют поры в бетоне или растворе, но и химически  взаимодействуя с гидроксидом кальция, выделяющимся при гидратации цементов, образуют дополнительные соединения двухкальциевого  силиката. В конечном счете, это приводит к повышению плотности цементного камня, росту его прочности при  сжатии и улучшению других характеристик. В качестве добавок – уплотнителей бетонов и растворов следует  применять тонкомолотые и тонкодисперсные  минеральные добавки из сырьевых материалов, обладающих гидравлической активностью: доменные гранулированные  шлаки, золы и шлаки ТЭС, кремнеземистая опоковидная порода, трепел и др.

Действие этих добавок  сводится в основном к кольматации в  бетоне или растворе капилляров и  других неплотностей сечением более 1мкм, через которые мигрирует влага, а также к улучшению структуры, повышению плотности цементного камня и приданию бетону и раствору водоотталкивающих (гидрофобных) свойств. К водорастворимым добавкам – уплотнителям бетонов и растворов относятся следующие вещества: олиаминная смола, алифатическая эпоксидная смола ДЭГ-1, сульфат аммония, битумная эмульсия, сульфат алюминия, сульфат железа, нитрат железа, нитрат кальция и др. К водонерастворимым добавкам, которые кольматируют поры в бетоне, относятся трепел и диатомит, кремнеземистая опоковидкая порода.

 

  

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

  Спроектированная бетонная смесь должна обеспечить требуемые свойства бетона, описанную структуру и свойства, используя материалы, предложенные в задании. Кроме того был введен дисперсный наполнитель – зола-унос. Ее использование позволяет не только утилизитовать техногенные отходы, но и повысить экономичность, сокращая расход цемента. Перед применением смеси необходимо сделать пробный замес в лаборатории, провести серию испытаний на подвижность и прочность и  грамотно внести корректировки в состав смеси, если это необходимо: изменить содержание воды и цемента, соблюдая В/Ц, для увеличения подвижности, или изменить содержания щебня и отсева, соблюдая соотношение О/Щ, для увеличения жесткости.

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1 Баженов Ю. М, Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М; 1984 - 672 с; ил;

2 Невилль  А. М. Свойства бетона. Пер. с  англ. В. Д. Парфенова и Т.  Ю. Якуб. - М.: Стройиздат, 1972г. - 344с.;

3 Изотов В. С. Химические добавки для модификации бетона: монография / В. С. Изотов, Ю. А. Соколова. - М.: Казанский Государственный архитектурно-строительный университет: Издательство «Палеотип», 2006. - 244 с.;

4 ГОСТ 18105-86: Бетоны. Правила контроля прочности;

5 ГОСТ 10181.1-81: Смеси бетонные. Методы определения  удобоукладываемости;

  6  ГОСТ 27006 - 86:  Бетоны. Правила подбора состава;

7  ГОСТ 24211-2003: Добавки для бетонов и строительных растворов;

   8 СНиП 5.01.23-83: Типовые нормы расхода цемента для приготовления бетонов, сборных и монолитных бетонных, железобетонных изделий и конструкций;

9 Оформление учебных текстовых и графических документов: методические указания / Ф.Л. Капустин, С.Ф. Шишкин, А.Б. Лошкарев, Е.Ю. Васина. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2006. 72 с.