close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Бетон и бетонные конструкции Зоткин А.Г. (www.PhoenixBooks.ru)

код для вставкиСкачать
 a
a!!#a
© Зоткин А. Г., 2012
© Оформление: ООО «Феникс», 2012
$'
!&!!
%!
15*'%&# '$!" &&
&&
$'
!&!!
15*'%&# '$!" Зоткин А. Г.
В доступной форме излагаются получение, строение и свойства
тяжелого (обычного) бетона, требования к материалам. Подробно
рассмотрено применение добавок в бетоне. Разъясняются основные
положения науки о бетоне, их практические аспекты, позволяющие
получать бетон с требуемыми свойствами. Уделяется внимание разли*
чию свойств бетона в образцах и конструкциях, обеспечению свойств
бетона, в том числе долговечности. На основе обобщения литератур*
ных данных приведены практические рекомендации по ряду вопросов
технологии бетона.
Привлечены понятия из других дисциплин (от физики и химии до
математической статистики), необходимые для рассмотрения процес*
са твердения бетона, способов улучшения его свойств, повышения
стойкости при эксплуатации, контроля качества.
Издание ориентировано на практиков, занимающихся производ*
ством бетона и конструкций из него, в первую очередь монолитных.
Может быть полезно студентам, аспирантам и начинающим научным
работникам.
" $ &"&
! AMJ+
#
!""& &
&$! $&'%$ $&'#
-=E HL=JANJ(===AJHK
!
G
G
Введение...................................................................................11
1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ...............................14
1.1. Что такое тяжелый бетон...................................................14
1.2. Краткая история бетона....................................................17
1.3. Семейство бетонов............................................................19
2. ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ.........................................................22
2.1. Состав...............................................................................23
2.2. Твердение портландцемента............................................25
2.2.1. Химические процессы
при твердении и продукты гидратации..............25
2.2.2. Физические процессы при твердении...............26
2.3. Свойства цемента и цементного камня...........................30
2.4. Стандарты на портландцемент........................................34
2.4.1. Цементы по ГОСТ 10178*85
и ГОСТ 22266*94................................................35
2.4.2. Цементы по ГОСТ 31108*2003...........................35
2.5. Разновидности портландцемента....................................37
2.6. Другие виды цементов......................................................40
3. ЗАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ БЕТОНА.........................................42
3.1. Основные требования к заполнителям............................42
3.2. Требования к гравию и щебню.........................................45
3.2.1. Прочность и состояние поверхности.................45
3.2.2. Зерновой состав..................................................46
3.2.3. Форма зерен.......................................................47
"
G
3.3. Требования к песку...........................................................47
3.3.1. Прочность и состояние поверхности.................48
3.3.2. Зерновой состав песка........................................48
3.3.3. Крупность песка.................................................49
3.4. Вредные примеси в заполнителях....................................51
3.5. Другие свойства заполнителей.........................................52
3.6. Испытание заполнителей в бетоне..................................54
3.7. Вода для бетона................................................................55
4. БЕТОННАЯ СМЕСЬ...........................................................56
4.1. Удобоукладываемость.......................................................57
4.2. Факторы, влияющие на удобоукладываемость смеси.......61
4.2.1. Влияние характеристик материалов..................62
4.2.2. Влияние состава смеси.......................................62
4.3. Расслоение бетонной смеси.............................................66
4.4. Сохраняемость удобоукладываемости бетонной смеси....68
4.5. Перекачиваемость бетонной смеси..................................69
5. СВЕЖЕУЛОЖЕННЫЙ БЕТОН........................................70
5.1. Плотность свежеуложенного бетона................................70
5.2. Периоды «жизни» свежеуложенного бетона....................73
6. РОСТ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ ТВЕРДЕНИИ...........76
6.1. Твердение в нормальных условиях...................................76
6.2. Влияние температуры твердения.....................................80
6.3. Влияние влажности на процесс твердения бетона..........83
7. СТРУКТУРА БЕТОНА.........................................................85
7.1. Микроструктура бетона....................................................85
#
G
7.2. Макроструктура бетона....................................................93
7.3. Воздушные поры..............................................................95
7.4. Общая пористость бетона................................................97
8. ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА.....................................................100
8.1. Влияние состава бетона...................................................100
8.1.1. Закон водоцементных отношений....................101
8.1.2. Прочность бетона и расход цемента.................104
8.1.3. Зависимость прочности
от Ц/В для конкретного производства..............105
8.1.4. Влияние объема цементного камня..................106
8.2. Влияние качества материалов.........................................109
8.3. Другие факторы прочности.............................................111
8.3.1. Сцепление цементного камня
с заполнителями................................................111
8.3.2. Влияние воздушных пор...................................113
8.3.3. Влияние расслоения смеси
на прочность бетона..........................................115
8.4. Определение прочности при сжатии..............................116
8.5. Прочность бетона при растяжении.................................119
9. ОДНОРОДНОСТЬ БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ..............122
9.1. Основные понятия математической статистики............123
9.2. Нахождение минимального значения прочности..........128
9.3. Марка и класс бетона......................................................129
10. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСТАВА БЕТОНА.....................134
10.1. Выражение состава бетона.............................................135
10.2. Получение исходных данных для расчетов...................136
10.2.1. Определение характеристик материалов..........136
$
G
10.2.2. Выбор удобоукладываемости смеси..................138
10.2.3. Определение среднего уровня прочности........139
10.3. Расчет состава бетона.....................................................141
10.3.1. Принципы расчета состава бетона....................141
10.3.2. Порядок расчета................................................141
10.4. Экспериментальная проверка и корректировка
состава...........................................................................144
10.5. Расчет производственного состава бетона.....................150
10.6. Одновременный подбор составов бетона различной
прочности.....................................................................150
10.7. Использование табличных составов бетона..................152
11. ДОБАВКИ В БЕТОН........................................................153
11.1. Поверхностно*активные вещества.................................154
11.2. Пластифицирующие добавки........................................154
11.2.1. Механизм действия...........................................155
11.2.2. Эффекты и классификация добавок..................157
11.2.3. Пластификаторы................................................159
11.2.4. Суперпластификаторы......................................160
11.2.5. Гиперпластификаторы.......................................170
11.3. Гидрофобизирующие добавки.......................................173
11.4. Ускорители твердения...................................................174
11.5. Замедлители схватывания..............................................176
11.6. Противоморозные добавки............................................177
11.7. Комплексные добавки...................................................179
12. МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ..........................................182
12.1. Активные минеральные добавки...................................183
12.1.1. Природные добавки.........................................184
%
G
12.1.2. Промышленные отходы...................................184
12.1.3. Искуственные добавки.....................................187
12.2. Инертные добавки.........................................................187
12.3. Роль и эффекты минеральных добавок в бетоне............188
12.3.1. Микронаполняющий эффект..........................190
12.3.2. Пуццолановый эффект....................................193
12.4. Характеристики минеральных добавок.........................194
12.5. Влияние добавок на структуру бетона...........................198
12.6. Прочность бетона с минеральными добавками............199
12.7. Другие свойства бетона.................................................204
12.7.1. Коррозионная стойкость бетона......................204
12.7.2. Тепловыделение бетона....................................205
12.7.3. Морозостойкость бетона..................................205
12.7.4. Защитное действие бетона по отношению
к арматуре.........................................................206
12.8. Влияние минеральных добавок на свойства
бетонной смеси.............................................................206
12.9. Назначение состава бетона с минеральными
добавками......................................................................209
13. ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА
И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА.............................215
13.1. Деформации и напряжения...........................................215
13.2. Усадка бетона.................................................................216
13.3. Модуль упругости бетона..............................................218
13.4. Ползучесть бетона.........................................................219
13.5. Температурные деформации.........................................220
13.6. Трещиностойкость бетона.............................................221
13.6.1. Температурные трещины...................................221
13.6.2. Усадочные трещины.........................................223
&
G
14. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА..........................225
14.1. Плотность бетона..........................................................225
14.2. Влажность и водопоглощение бетона..........................226
14.3. Водонепроницаемость бетона......................................227
15. МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА....................................231
15.1. Механизм действия мороза..........................................232
15.2. Деформации бетона при
замораживании — оттаивании......................................234
15.3. Деструктивные и конструктивные процессы
при замораживании — оттаивании..............................237
15.4. Стандартное определение морозостойкости...............238
15.5. Факторы, влияющие на морозостойкость бетона........240
15.5.1. Качество материалов для бетона......................240
15.5.2. Состав бетона...................................................244
15.5.3. Влияние добавок..............................................245
15.5.4. Условия твердения бетона................................247
15.5.5. Степень насыщения бетона водой...................248
15.6. Морозостойкость бетона конструкций........................250
15.7. Бетон с искусственно вовлеченным воздухом..............252
15.7.1. Защитное действие воздушных пор..................253
15.7.2. Искусственное воздухововлечение
в бетонную смесь..............................................255
15.7.3. Эффективность искусственных воздушных
пор.....................................................................256
15.7.4. Проблемы технологии бетона
с искусственно вовлеченным воздухом............260
15.7.5. Подбор состава бетона
с воздухововлекающими добавками.................262
15.8. Обеспечение морозостойкости бетона........................264
'
G
16. КОРРОЗИЯ БЕТОНА......................................................267
16.1. Химические процессы при коррозии...........................267
16.2. Физические процессы при коррозии...........................270
16.3. Защита бетона от коррозии..........................................272
17. КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ АРМАТУРЫ
В ЖЕЛЕЗОБЕТОНЕ........................................................276
17.1. Механизм защитного действия бетона........................276
17.2. Факторы, нарушающие защитное действие бетона.....279
18. ДОЛГОВЕЧНОСТЬ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.......281
18.1. Фактическая долговечность бетонных
и железобетонных конструкций....................................281
18.2. Пути повышения долговечности..................................283
19. РАЗНОВИДНОСТИ БЕТОНА........................................288
19.1. Высокопрочный и высококачественный бетоны.........289
19.2. Быстротвердеющий бетон.............................................291
19.3. Мелкозернистый бетон................................................292
19.4. Дорожный бетон...........................................................296
19.5. Малощебеночный бетон...............................................297
19.6. Самоуплотняющийся бетон.........................................298
19.7. Полимерцементный бетон............................................301
20. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ МОНОЛИТНОГО
БЕТОНА...........................................................................304
20.1. Приготовление бетонной смеси...................................304
20.2. Транспорт бетонной смеси...........................................308
20.3. Уплотнение бетонной смеси........................................309
20.4. Уход за бетоном.............................................................311
G
21. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА БЕТОНА...................................313
21.1. Входной и технологический контроль..........................314
21.1.1.Входной контроль...............................................314
21.1.2. Ускоренная оценка активности цемента...........314
21.1.3. Оперативный контроль прочности бетона.......315
21.1.4. Технологический контроль................................316
21.1.5. Критерии соответствия заданным
требованиям.......................................................317
21.2. Контроль качества готовой продукции.........................318
21.2.1. Генеральная совокупность и выборка................318
21.2.2. Проблемы контроля прочности бетона............319
21.3. Статистический контроль прочности...........................321
21.3.1. Определение требуемой прочности бетона.....323
21.3.2. Приемка бетона по прочности.........................325
21.3.3. Назначение среднего уровня прочности.........326
Литература.............................................................................328
G
Бетон является самым используемым материалом на Земле. Как
правило, он армируется сталью и применяется в виде железобето*
на. Производство бетона в мире достигло 2 млрд м
3
в год. Надеж*
ность всей созданной человеком инфраструктуры зависит в пер*
вую очередь от долговечности бетона и железобетона.
Увеличивается не только количество производимого бетона,
происходят большие качественные изменения. Особенно суще*
ственны они в последние два десятилетия, ознаменовавшиеся
широким применением различных высокоэффективных доба*
вок. Это привело к созданию новых видов бетона, со значитель*
но более высоким уровнем технических свойств. Максимальная
прочность бетона за последние 20–30 лет возросла больше, чем
за предыдущие 100 лет и даже 2000 лет, если вести отсчет от рим*
ских бетонов. Она достигает сегодня 150 МПа. Такие бетоны име*
ют также высокий уровень других свойств и называются высоко*
качественными.
В то же время технология обычных бетонов не претерпела
столь больших изменений. Это особенно касается монолитного
бетона, применение которого в нашей стране существенно рас*
ширилось в последнее время.
Бетон является одним из самых сложных материалов как для
понимания, так и при изготовлении. И если сборный железобе*
тон, как и большинство других строительных материалов, полу*
чают в относительно стабильных заводских условиях, то моно*
литный бетон — «дитя стройплощадки». При этом ответствен*
ность за него разделена: бетонную смесь, как правило, приготав*
ливают одни исполнители, а конструкцию из нее — другие.
Вопросы обеспечения качества бетона являются сегодня весьма
актуальными.
G
Основой технологии производства бетона является бетонове
дение — наука о бетоне как материале. Она изучает взаимосвязи
состава и свойств бетона, возможности управления ими.
В предлагаемом издании предпринята попытка совместить
доступное изложение с рассмотрением бетона на современном
научном уровне. Все вопросы и закономерности относятся к бе*
тону любого изготовления, тем не менее акцент сделан на моно*
литный бетон. Поэтому опущены жесткие смеси и их формова*
ние, тепловая обработка бетона. В то же время уделено внима*
ние высокоподвижным смесям, твердению бетона при обычных
температурах и другим вопросам, важным для производства мо*
нолитного бетона.
Несомненно, что основой успешной практической деятель*
ности специалиста является не только знание и выполнение нор*
мативных документов, рекомендаций и предписаний, но и дос*
таточно глубокое понимание свойств бетона. Поэтому основной
задачей пособия являлось создание у читателя «объемного» пред*
ставления о бетоне, его структуре, основных технологических
зависимостях, возможных воздействиях на бетон и умения оце*
нить их последствия.
Одна из сложностей заключается в том, что свойства бетона
формируются в течение длительного времени в результате физико*
химических процессов твердения цемента. Поэтому изложены по*
нятия, необходимые для их рассмотрения, и рассмотрены сами про*
цессы формирования структуры бетона. Привлекаются необходи*
мые сведения из других смежных дисциплин, от физико*химичес*
ких понятий до положений математической статистики.
Обращается внимание на различие свойств бетона в лабора*
торных образцах и конструкциях. Обсуждаются причины таких
различий и приемы, обеспечивающие качество бетона в конст*
рукциях.
Последние десятилетия характеризуются широким приме*
нением в бетоне различных добавок и их комплексов. Их роль в
обеспечении свойств бетона становится более значимой, чем роль
расхода цемента. Добавки обеспечили существенный прогресс в
технологии производства бетона, но весьма усложнили его при*
!
G
роду и понимание его свойств. Раздел, изучающий бетон с до*
бавками, стал сегодня значительной частью бетоноведения. Это*
му вопросу также уделяется большое внимание.
Предполагается, что каждый раздел книги может читаться ав*
тономно. Но ссылок на другие разделы избежать не удалось, они
даются в круглых скобках, с указанием подраздела или пункта,
например: (п. 11.2.4).
Книга написана с использованием основных работ по бето*
новедению и технологии бетона как отечественных авторов, так
и переводных [1–35], действующей нормативной литературы
[36–63], а также дополнительных источников [64–129]. Рассмат*
риваются и положения евростандарта EN 206*1 «Бетон», с кото*
рым, как ожидается [96], будет гармонизирован перерабатывае*
мый в настоящее время отечественный стандарт на бетон.
Что касается дополнительных источников, то это в первую
очередь журнал «Бетон и железобетон», издающийся более по*
лувека. Он вполне может рассматриваться как энциклопедия
бетона. Журнал вполне доступен читателю, так как издавался
большим тиражом и имеется во многих библиотеках. Такую же
роль играет в последнее время журнал «Технологии бетонов».
Ссылки на периодическую литературу дадут читателям возмож*
ность получить дополнительную информацию и углубить зна*
ния по вопросам, не нашедшим пока отражения в основных ис*
точниках.
Книга рассчитана в первую очередь на строителей*практи*
ков, занимающихся производством бетона или изготовлением
конструкций из монолитного бетона. Она может представить
интерес и для студентов строительных специальностей, и для
неспециалистов, столкнувшихся с необходимостью изготовле*
ния бетонных и железобетонных конструкций. Некоторые воп*
росы, например пластификаторы или минеральные добавки в
бетоне, морозостойкость бетона, которыми автор занимался дли*
тельное время, могут представлять интерес и для начинающих
научных работников.
"
G
Бетон ... наилучший из материалов,
изобретенных человеком.
П. Нерви
Обычно бетон определяют как искусственный каменный ма
териал, полученный при затвердевании перемешанной и уплотнен
ной смеси цемента, воды и заполнителей. Формулировка называет
исходные материалы, технологические процессы, но не резуль*
тат: что же в итоге получается. А его можно определить так:
тяжелый бетон — двухкомпонентный материал, со?
стоящий из плотных заполнителей и пористого цемент?
ного камня.
Компоненты бетона неравноценны. Пористый цементный
камень является более слабой составляющей и поэтому имен*
но он определяет свойства бетона. Поэтому бетоноведение —
наука о бетоне — уделяет основное внимание цементному кам*
ню, его твердению, составу, структуре и свойствам. Важнейшим
из них является пористость. При этом решающее значение
имеет не общая пористость бетона, а пористость цементного
камня в нем. Регулируя ее, получают бетон с требуемыми свой*
ствами.
Двухкомпонентное строение бетона при сосредоточении всех
пор в цементном камне усложняет представление о его структу*
ре. Например, бетон с пористостью 10% фактически состоит из
#
G
цементного камня с пористостью 30–40% (это зависит от его
содержания в бетоне) и практически не содержащих пор запол*
нителей. Дополнительная сложность заключается в том, что
структура бетона изменяется в течение длительного времени, как
при твердении, так и (хотя и в значительно меньшей степени)
при эксплуатации. При этом в нем продолжают протекать слож*
ные физико*химические процессы.
Важнейшим достижением бетоноведения явилось открытие
90 лет назад закона водоцементных отношений. И сегодня В/Ц
является основным фактором, определяющим свойства бетона
и позволяющим управлять ими.
В бетоне без добавок, где подвижность смесей определяется
расходом воды, снижать В/Ц приходится увеличением расхода
цемента. Это неэкономично и имеет технические недостатки:
растет объем цементного камня, усадка, тепловыделение, сни*
жается трещиностойкость бетона.
Поэтому основная проблема, длительное время стоявшая пе*
ред технологами по бетону, — противоречие между желанием
иметь хорошо формуемую смесь (для чего воду нужно увеличи*
вать) и стремлением получить плотный бетон при разумном рас*
ходе цемента (для чего воду нужно уменьшать).
Сегодня эта проблема в значительной степени получила свое
разрешение благодаря бурному развитию добавок в бетон и в
первую очередь супер* и гиперпластификаторов. Можно сказать,
что они «правят бал» в технологии бетона. По*прежнему главная
цель — уменьшение пористости цементного камня — достигает*
ся теперь более рациональными методами: снижением расхода
воды (пластификаторы), «наполнением» цементного камня (ми*
неральные добавки). Стало возможным получение бетонов очень
высокой морозостойкости путем введения воздухововлекающих
добавок.
При этом цементный камень в бетоне остается главным полем
деятельности технологов. В последние 50 лет сами цементы из*
менились относительно мало. Например, самой высокой маркой
цемента все это время остается марка 600 (средняя прочность це*
мента, конечно, увеличивалась). Но бетон изменился весьма
$
G
значительно. Даже при обычной прочности он стал пяти* или
шестикомпонентным вследствие введения добавок. Это в первую
очередь различные пластификаторы и/или минеральные добав*
ки. Применяются и другие группы добавок, а также их комплек*
сы. Бетон с добавками, существенно изменяющими его свойства,
часто называют модифицированным.
Марка цемента уже не служит ограничителем получаемой проч*
ности бетона. В так называемых высококачественных бетонах на
обычных цементах достигается прочность до 150 МПа.
Меняются не только свойства бетона, но и характеристики
бетонных смесей. Расширяется применение легкоукладывае*
мых высокоподвижных и литых бетонных смесей. А появивши*
еся в последнее время самоуплотняющиеся бетонные смеси по*
зволяют осуществлять безукоризненное формование густоар*
мированных конструкций сложных очертаний без применения
вибрации.
Таким образом, современный бетон — это та же двухкомпо*
нентная система: «цементный камень — заполнители», но его
требуемые свойства достигаются не только путем изменения рас*
хода цемента, но еще в большей степени вследствие примене*
ния различных добавок и их комплексов.
Бетон является одним из древнейших строительных матери*
алов. Но длительное время он значительно уступал сырцовому
кирпичу и камню и применялся в небольших объемах.
Основой бетона является вяжущее, связывающее заполните*
ли в монолит. Оно и определяет свойства бетона. Первым вяжу*
щим, или, точнее, «правяжущим», явилась глина. Применяя ее в
глинобитных постройках и для производства сырцового кирпи*
ча, люди осознали такие «вяжущие» свойства глины, как способ*
ность образовывать с водой пластичное тесто и приобретать проч*
ность при высыхании (кстати, довольно высокую: до 2–3 МПа).
Но полная неводостойкость ограничивала ее применение (в реги*
онах с сухим климатом глина используется и сегодня).
%
G
Гипс и известь появились за 2000–3000 лет до нашей эры.
Наибольшее применение нашла известь. Но качества (сегодня
можно сказать, конкурентоспособности) бетону она существен*
но не прибавила. Будучи более водостойкой, чем глина, она ос*
тавалась малопрочной (растворы на извести имеют прочность
0,5–1,5 МПа). К тому же во влажных условиях ее прочность зна*
чительно снижалась.
Бетон, обладающий преимуществами перед другими мате*
риалами, впервые появился примерно 2000 лет тому назад в Древ*
нем Риме. Этому способствовали несколько обстоятельств.
Основным из них было существенное улучшение качества
вяжущего. Римляне применяли в растворах не только кварцевые
(речной и морской), но и вулканические пески. И со временем об*
наружили, что растворы на этих песках приобретают высокую водо*
стойкость и большую прочность. Поэтому они стали целенаправ*
ленно вводить в растворы и бетоны вулканические породы, при*
чем уже в виде порошка (например, вулканический пепел). Эти
и подобные им добавки стали называться пуццолановыми. Они
и сегодня играют в технологии бетона значительную роль.
Вторым важным моментом было применение прочных и чи*
стых заполнителей хорошего зернового состава. Витрувий (1 век
до нашей эры) в своем труде «Десять книг об архитектуре» писал,
что песок после встряхиваний на белом полотенце не должен
оставлять пятен и землистого осадка. Он же сообщает о высоких
требованиях к технологии получения извести и к ее качеству.
Наконец, хорошо осознавалась важность минимального ко*
личества воды в смеси, ее тщательного перемешивания и уплот*
нения.
Прочность римских бетонов и растворов оценивается от
3 до 10 МПа [91]. Но наиболее поразительна их высокая долго*
вечность: целый ряд римских сооружений сохранился до нашего
времени. Самым известным из них является Пантеон в Риме,
купол которого пролетом 43 м выполнен из легкого бетона.
С падением Римской империи технология получения рим*
ского бетона была забыта и его применение практически пре*
кратилось. Использование известковых растворов, конечно,
&
G
продолжалось, так как строили в основном из камня и кирпича.
Для придания растворам водостойкости использовался толче*
ный керамический бой. На Руси он назывался «цемянкой».
Новая эпоха для бетона началась лишь в ХIХ веке. Импуль*
сом для нее явилось изобретение водостойкого вяжущего с высо*
кой прочностью — портландцемента. Его получили почти одно*
временно и независимо друг от друга английский каменщик Джо*
зеф Аспдин и русский строитель Егор Челиев (1820–1824 гг.).
Но при значительной прочности при сжатии бетон обнару*
жил и существенный недостаток — низкую прочность при рас*
тяжении. Это весьма ограничивало его применение. Попытки
расширить применение портландцемента позволили остро ощу*
тить этот его недостаток и стимулировали стремление устранить
его. Поэтому второе рождение бетона связано с изобретением
железобетона. Наиболее известными примерами первых желе*
зобетонных изделий являются лодка из армированного сетка*
ми раствора И. Лямбо (1849 г.) и укрепленные проволокой цве*
точные кадки садовника Ж. Монье, который получил патент в
1867 г. и считается изобретателем железобетона.
Введение стальной арматуры в бетон позволило получить
материал, хорошо работающий не только при сжатии, но и при
растяжении. Наконец была решена проблема перекрытия про*
летов, тысячелетиями мучившая строителей. Немаловажным было
и повышение огнестойкости железобетонных конструкций по
сравнению с широко применявшимися тогда металлическими.
В ХIХ веке шло изучение и освоение нового материала.
В России строились цементные заводы, первые отечественные
ученые (Н.А. Белелюбский, И.Г. Малюга) проводили исследо*
вания бетона и железобетонных конструкций и их внедрение в
строительную практику.
ХХ век стал веком бурного развития железобетона и его осно*
вы — бетона. Можно выделить два этапа этого развития.
В первой половине века улучшение свойств бетона происхо*
дило вследствие повышения прочности цемента. Если актив*
ность цемента в начале века была порядка 10 МПа, то в середине
века она достигла 50–60 МПа. Следом за ней повышалась и проч*
'
G
ность бетона. Немаловажную роль играло и совершенствование
технологии, важнейшим достижением которой явилось приме*
нение вибрации для уплотнения бетонной смеси (Э. Фрейсси*
не, 1917 г.).
В нашей стране марка цемента 600 при испытании в жестких
растворах появилась в 1941 г, а при испытании в пластичных ра*
створах (применяемом и сегодня) — в 1967 г. и с тех пор не меня*
лась. Начиная с этого времени все большую роль в повышении
свойств бетона играет введение добавок. Сегодня их примене*
ние является основным способом получения бетона с нужными
свойствами и основным направлением дальнейшего его совер*
шенствования.
! Семейство бетонов весьма многочисленно. Их классифика*
ция сложна и проводится по ряду признаков. Прежде всего бето*
ны подразделяются по плотности, так как она (или обратная
величина — пористость) в решающей степени определяет их свой*
ства.
По плотности бетоны делятся на тяжелые, легкие, особо лег*
кие и особо тяжелые.
Тяжелый бетон. Его плотность сформировалась «естествен*
ным» путем, вследствие использования плотных заполнителей
из различных горных пород, к тому же часто находящихся в гото*
вом для применения виде: гравия и песка. Их плотность составля*
ет обычно 2600–2700 кг/м
3
. Заполнители занимают основную
часть объема бетона — до 75–80%, это и определяет обычную плот*
ность тяжелого бетона: 2200–2400 кг/м
3
. Но вообще к тяжелым
относятся бетоны с плотностью 2000– 2500 кг/м
3
.
Благодаря применению плотных и прочных заполнителей и
современных цементов тяжелые бетоны имеют высокий уровень
технических свойств. Но сама их высокая плотность является
значительным недостатком, так как утяжеляет бетонные и желе*
зобетонные конструкции. Большая часть воспринимаемой ими
нагрузки — нагрузка от собственной массы. В большепролетных
конструкциях она может достигать 90%, т. е. они «несут» в
G
основном сами себя. Поэтому снижение плотности бетона и пе*
реход к легким бетонам является одним из направлений разви*
тия современных бетонов.
Легкие бетоны имеют плотность 500–2000 кг/м
3
. Облегчить
бетон можно двумя основными путями: заменой плотных за*
полнителей пористыми (легкие бетоны на пористых заполните*
лях) или при полном отказе от них (ячеистые бетоны).
Пористые заполнители в основном приходится получать ис*
кусственно. Это керамзит, перлит, вермикулит и т. д. В связи с их
значительно меньшей прочностью возникает проблема прочно*
сти легких бетонов. Тем не менее сегодня получают достаточно
прочные легкие бетоны, которые эффективно заменяют тяже*
лые бетоны в ряде несущих конструкций.
С уменьшением плотности бетоны приобретают еще одно
ценное свойство: пониженную теплопроводность. Конструктив*
но*теплоизоляционные легкие бетоны, как на пористых запол*
нителях, так и ячеистые, применяются в конструкциях наруж*
ных стен.
Особо легкие бетоны имеют плотность менее 500 кг/м
3
. Вслед*
ствие незначительной прочности они выполняют только тепло*
изолирующие функции. Это бетоны на сверхлегких заполнителях:
пенополистироле, перлите, вермикулите — и ячеистые бетоны.
Особо тяжелые бетоны имеют плотность более 2500 кг/м
3
.
Дополнительное утяжеление вызвано применением железосо*
держащих заполнителей (магнетит, гематит и др.), способных
защищать от радиации.
По назначению и соответствующим ему техническим характе*
ристикам производится еще одна классификация бетонов. Проч*
ность нормируется для всех бетонов. Для конструкционных бето
нов, каковыми являются тяжелые бетоны, это основное свойство.
Но в зависимости от условий эксплуатации приобретают важное
значение и другие требования к бетонам.
Дорожные бетоны находятся в весьма суровых условиях экс*
плуатации. Они должны обладать высокой прочностью при рас*
тяжении, морозостойкостью, износостойкостью.
Гидротехнические бетоны, работающие в контакте с водой,
должны иметь повышенную водостойкость, водонепроницае*
мость, а для части конструкций — и морозостойкость.
G
Высококачественные бетоны, имеющие высокий уровень
эксплуатационных свойств, применяются для ответственных со*
оружений и обладают прогнозируемой долговечностью более
200 лет.
Бетоны специального назначения, например жароупорный или
кислотостойкий. При их получении приходится отказаться от
портландцемента, заменяя его другими вяжущими с соответству*
ющими свойствами (высокоглиноземистый цемент, кислото*
упорный цемент).
По крупности заполнителей бетоны делятся на крупнозернис
тые (с наибольшей крупностью заполнителей 20–40 мм и бо*
лее) и мелкозернистые (песчаные) бетоны.
Еще одна классификация бетонов появилась в последнее вре*
мя. Бетон без добавок можно назвать классическим. В отличие
от него бетон с добавками, существенно улучшающими его свой*
ства, называют модифицированным.
Различные виды бетонов подчиняются основным закономер*
ностям бетоноведения, связывающим характеристики исходных
материалов, состав, структуру и свойства бетонов. На основе этих
закономерностей и получают требуемые в том или ином случае
комплексы их технических свойств. Они зависят в первую оче*
редь от свойств сформировавшегося при твердении бетона це*
ментного камня.
G
Первыми вяжущими, примененными человеком, были гипс
и известь. Они имели низкую прочность и водостойкость. Исто*
рия развития вяжущих имела основными направлениями как
увеличение прочности, так и в еще большей степени повышение
их водостойкости. Основным вяжущим являлась известь. Дол*
гое время считалось, что лучшим сырьем для нее являются чис*
тые известняки, а примеси ухудшают качество извести.
Лишь в ХVIII веке было обнаружено, что примеси глины в
известняке повышают водостойкость извести. Так была полу*
чена гидравлическая известь (Д. Смитон, 1756 г.). Следующим
шагом явилось открытие портландцемента, получаемого уже
из искусственных смесей известняка и глины. Название ему
дали из*за внешнего сходства с портландским камнем, широко
применявшимся в то время в Англии для строительства. Порт*
ландцемент имеет как значительную прочность, так и водостой*
кость (гидравличность).
Портландцемент является сегодня основным вяжущим, при*
меняемым для изготовления бетона. Его получают путем об*
жига смеси известняка и глины. Образующийся при обжиге
клинкер состоит из искусственных минералов — основных ком*
понентов цемента. Он размалывается с добавкой гипса, а часто
и с активными минеральными добавками, образуя портланд*
цемент.
!
G
При обжиге известняк и глина при температуре порядка
1000 о
С разлагаются на оксиды CaO; SiO
2
; Al
2
O
3
; Fe
2
O
3
, которые
при дальнейшем повышении температуры до почти 1500 о
С
образуют искусственные минералы (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Минералы портландцемента
% 3CaO SiO
2 2CaO SiO
2
3CaO Al
2
O
3
4CaO Al
2
O
3
Fe
2
O
3
C
3
S C
2
S C
3
A C
4
AF 40–65 15–30 5–15 10–18 Примечание: большинство цементов содержит 55–65% алита и
15–20% белита
.
Общим свойством этих минералов является химическая ак*
тивность по отношению к воде и способность при реакциях с
ней образовывать микрочастицы, обладающие вяжущими (кле*
ющими) свойствами.
Важнейшим из минералов является трехкальциевый силикат
(C
3
S), обеспечивающий высокую прочность цемента и скорость
его твердения. Двухкальциевый силикат, напротив, твердеет мед*
ленно и достигает значительной прочности лишь к полугодовому
возрасту. Вообще портландцемент на ~75% состоит из силикатов,
недаром были предложения назвать его силикатным цементом.
Автор
phoenixbooks
Документ
Категория
Методические пособия
Просмотров
844
Размер файла
179 Кб
Теги
phoenixbooks, www, www.phoenixbooks.ru, Книги издательства Феникс
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа