Технические требования к ячеистым бетонам регламентируются ГОСТ 25485-89.

Классификация.

По назначению: конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.

По условиям твердения: автоклавные и неавтоклавные, твердеющие в естественных условиях при электропрогреве или в среде насыщенного пара при атмосферном давлении.

По способу газообразования: газо-, пено- и газопенобетон.

По виду вяжущего:

– известковые, не менее 50% извести кипелки, шлак, гипс или без них;

– цементные, более 50% портландцемента;

– шлаковые, не менее 50% шлака с известью, гипсом или щелочью;

– зольные, высокоосновные золы не менее 50%;

– смешанные, не более 50% портландцемента с известью или шлаком.

По виду кремнеземистого компонента:

– на природных (молотый кварц или полевошпатовый песок);

– на отходах (зола-унос, продукты обогащения руд).

По физико-механическим свойствам:

– по прочности на сжатие ячеистые бетоны разделяются на классы В0,35; 0,75; 0,85; 1; 1,5; 2,5; 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20;

– по средней плотности Д300...Д1200 через 100;

– по морозостойкости F15, 25, 35, 50, 75, 100, допускается до 15% потери прочности и 5% потери массы после ЦЗО;

– усадка ячеистых бетонов автоклавного твердения Д600...1200 допускается не более 0,7 мм/м для бетонов на золе и не более 0,5 мм/м - на песке и продуктах обогащения, усадка ячеистых бетонов неавтоклавного твердения допускается не более 3 мм/м (определяется при высушивании водонасыщенных образцов);

– коэффициент теплопроводности бетона в сухом состоянии не более

для Д300...500 – 0,08...0,12 Вт/(м*⁰С), для Д800...900 – 0,14...0,24 Вт/(м*⁰С), для Д1000...1200 – 0,23...0.38 Вт/(м*⁰С).

– коэффициент паропроницаемости мг/(м*час*Па), не менее

для Д300...5000 – 0,26...0,18 мг/(м*час*Па), для Д600...900 – 0,17...0,11 мг/(м*час*Па), для Д1000...1200 – 0,11...0,08 мг/(м*час*Па);

– сорбционная влажность, % не более:

при относительной влажности воздуха 75% – для Д300...700 – 8%, Д800...1200 – 10%, при относительной влажности воздуха 100% – для Д300...700 – 12%, Д800...1200 – 15%.

В качестве материалов для изготовления ячеистых бетонов применяются вяжущие, кремнеземистые наполнители, а также порообразующие и стабилизирующие добавки.

Вяжущие:

1) портландцемент по ГОСТ 10178 без добавок трепела, глиежа, трассов, опоки, пеплов, С₃А < 6%;

2) известь негашеная кальциевая по ГОСТ 9179, быстро- и среднегасящаяся;

3) шлак доменный гранулированный по ГОСТ 3476;

4) зола высокоосновная СаО не менее 40%, СаО_св не менее 16%.

Кремнеземистые компоненты:

1) песок по ГОСТ 8736, содержащий SiO₂ не менее 90%, или кварца не менее 75%;

2) зола-унос ТЭЦ, содержащая SiO₂ более 45%, СаО не менее 10%;

3) продукты обогащения руд с SiO₂ не менее 60%.

Порообразователи:

1) газообразователь – алюминиевая пудра ПАП-1, ПАП-2 по ГОСТ 5494;

2) пенообразователи на основе: костного клея, мездрового клея, сосновой канифоли, NaOH, скрубберной пасты и др.

Регуляторы структурообразования, нарастания пластической прочности, ускорители твердения и пластификаторы:

– камень гипсовый и ангидритовый;

– камень углекислый К₂СО₃;

– кальцинированная техническая сода;

– стекло натриевое жидкое;

– триэтаноламин;

– NaOH;

– С-3;

– карбоксилметилцеллюлоза;

– Na₂SO₄.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается легкий бетон от ячеистого? 2. Какие основные требования предъявляют к легкому бетону? 3. Какие легкие заполнители вы знаете? 4. С помощью каких компонентов можно сформировать пористость в ячеистых бетонах?

5. Требования к вяжущим веществам

По ГОСТ 26633 в качестве вяжущихдля тяжелых бетонов следует применять портландцемент и шлакопортландцемент по ГОСТ 10178, сульфатостойкие и пуццолановые цементы по ГОСТ 22266 и др. цементы по ГОСТ и ТУ в соответствии с областями их применения для конструкций конкретных видов.

Вид и марку цемента следует выбирать в соответствии с: назначением железобетонной конструкции и условиями эксплуатации, требуемым классом бетона по прочности, марками по морозостойкости и водонепроницаемости, с учетом воздействия вредных примесей в заполнителях на бетон.

Наиболее широкое применение в производстве бетона и железобетонных изделий получил портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое помолом клинкера с добавкой гипса. Клинкер - продукт обжига при температуре 1450⁰С до спекания сырьевой смеси (75...78% СаО и 22...25% SiO₂ + Al₂O₃ + Fe₂O₃) c целью получения основных клинкерных минералов: C₃S = 37...60%, C₂S = 15...37%, C₃A = 5...15%, C₄AF = 10...18%.

Портландцемент выпускается без АМД (ПЦ Д-0) или с минеральными добавками (ПЦ Д-5, ПЦ Д-20) - в последнем доменного граншлака до 20%, или трепела, опоки, диатомита - до 10%, или других АМД - до 15%, марок 400, 500, 550, 600 (R_изг соответственно 55, 60, 62, 65 кг/см²).

Основные показатели качества:

1) Марка цемента устанавливается по прочности на сжатие и прочности на изгиб образцов балочек 1:3 при В/Ц = 0,4 (расплыв 106...115 мм) через 28 сут твердения (1 сут над водой и 27 сут в воде). Действительная прочность цемента - активность, повышение активности снижает расход цемента на 2...5 кг/м³ на 1 МПа, поэтому при расчете состава бетона лучше использовать значение активности, что позволяет обеспечить экономию цемента. Для экономии цемента допускается также замена до 30% цемента золой-унос ТЭС, удовлетворяющей требованиям соответствующего стандарта.

2) Водопотребность - характеризуется количеством воды затворения в % от массы цемента, при котором получается тесто нормальной густоты. Чем больше водопотребность цемента, тем больше расход цемента в бетоне.

3) Сроки схватывания - начало схватывания не ранее 45 мин (обычно 1...2 ч.), конец схватывания - не позднее 10 ч. (обычно 6...8 ч.). Ускорители схватывания - электролиты, замедлители - поверхностно-активные вещества. Ложное схватывание - результат дегидратации гипса (до полуводного гипса) при помоле клинкера (t > 150⁰С) - увеличить время перемешивания бетонных смесей, ввести добавку ЛСТ. Быстрое схватывание (цемент быстряк) означает недостаточное количество гипса, необходимо ввести в бетоносмеситель 1...2% гипса. Замедленное схватывание и твердение может быть результатом: а) длительного хранения цемента (лежалый), тогда производится увеличение времени перемешивания бетонной смеси в 2...4 раза, введение ускорителей твердения; б) дефекта состава цемента или из-за случайных примесей, такой цемент нельзя применять для изготовления железобетонных конструкций.

4) Равномерность изменения объема - испытание кипячением или автоклавированием. Если в клинкере повышенное содержание СаО или MgO > 5%, то при твердении железобетонных изделий могут появляться трещины. Характерно для свежего (горячего) цемента. Для улучшения качества производится или аэрация цемента при хранении в течение 7 сут, или введение до 0,5% CaCl₂ в бетоносмеситель. Но CaCl₂ стимулирует коррозию арматуры.

5) При повышенном содержании щелочных соединений в цементе (> 0,6% в пересчете на Na₂O) возможно появление трещин через несколько месяцев эксплуатации железобетонных конструкций. Для предотвращения необходимо введение в бетонную смесь АМД или добавки ГКЖ-94.

6) Экзотермия цемента может вызвать трещины в массивных железобетонных конструкциях. Количество выделяемого цементом тепла зависит от минералогического состава клинкера, вида и количества добавок, тонкости помола, содержания цемента в бетоне и температуры твердения. Для снижения расхода цемента рекомендуется использование золы-уноса ТЭЦ по ГОСТ 25592.

Зола-унос сухого отбора – тонкодисперсный материал, образующийся на ТЭС при сжигании молотых углей. Применять ее можно для изготовления бетонов сборных и монолитных бетонных и железобетонных конструкций зданий и сооружений, кроме эксплуатируемых в средах со средней и сильной агрессивностью.

Зола подразделяется: по виду I – для железобетонных конструкций и изделий; II – для бетонных конструкций; III – для бетона гидротехнических сооружений, на классы: А – для тяжелого бетона (S_уд > 2800 см²/г), Б – для легкого бетона (S_уд = 1500...4000 см²/г).

Химический состав золы нормируется по содержанию: активных оксидов CaO + Al₂O₃ + Fe₂O₃, сернистых и сернокислых соединений в пересчет на SO₃, СаО_св, MgO, ППП, щелочей, влажности.

Зола должна обеспечивать равномерное изменение объема в смеси с цементом при испытании кипячением в воде. Партия золы бракуется, если ее качество хотя бы по одному показателю не отвечает требованиям стандарта. По радиационно-гигиенической оценке зола должна соответствовать требованиям санитарных правил.

По ГОСТ 26633-91 в качестве вяжущих материалов для тяжёлых и мелкозернистых бетонов следует применять портландцементы и шлакопортландцементы по ГОСТ 10178-85, сульфатостойкие и пуццолановые цементы по ГОСТ 22266-94 и другие цементы по стандартам и техническим условиям в соответствии с областями их применения для конструкций конкретных видов. Параллельно с этими стандартами действуют ГОСТ 30515-97 и ГОСТ 31108-2003, которые гармонизированы с европейскими нормами.

Основные отличия последних стандартов: вместо марок (устанавливаемых по прочности при изгибе и сжатии) введены классы по прочности при сжатии, значения которых устанавливаются с вероятностью 95%. Для цементов всех классов прочности нормируется не только прочность в 28 сут., но и в возрасте 2 сут. для классов 32,5 Б; 42,5 Н; 42,5 Б; 52,5 Н; 52,5 Б или в возрасте 7 сут. для классов 22,5 Н и 32,5 Н. Все цементы, кроме класса 22,5 делятся на нормальнотвердеющие (Н) и быстротвердеющие (Б). Предусматривается при установлении класса по прочности по ГОСТ 30744 использование полифракционного песка, соответствующего европейским нормам. К портландцементам с минеральными добавками относится ЦемII/В-III в котором содержание доменного или электротермофосфорного гранулированного шлака допускается до 35 %, кроме того, введены цементы этого типа с добавками золы-уноса, микрокремнезёма, известняка и др.

Вид и марку (класс) цемента следует выбирать в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости, величины отпускной или передаточной и распалубочной прочности бетона для сборных и монолитных конструкций на основании требований стандартов, технических условий или проектной документации на эти конструкции с учетом воздействия вредных примесей в заполнителях на бетон. Применение пуццолановых цементов для производства сборных железобетонных конструкций без технико-экономического обоснования не допускается. Выбор вида цемента рекомендуется проводить в соответствии с приложением 6 к СНиП 3.03.01-87.

По ГОСТ 26633-91 для бетона дорожных и аэродромных покрытий, дымовых и вентиляционных труб, вентиляторных и башенных градирен, опор высоковольтных линий электропередач, железобетонных напорных и безнапорных труб, железобетонных шпал, мостовых конструкций, стоек опор, свай для вечномерзлых грунтов должен применяться портландцемент на основе клинкера с нормированным минералогическим составом по ГОСТ 10178-85. Для этих изделий по согласованию с потребителем необходимо постав­лять один из следующих видов цемента:

ПЦ 400-Д0-Н, ПЦ 500-Д0-Н – для всех изделий;

ПЦ 500-Д5-Н – для труб, шпал, опор, мостовых конструкций неза­ви­симо от вида добавки. Для напорных труб необходимо поставлять цемент I или II группы по эффективности пропаривания согласно приложению А;

ПЦ 400-Д20-Н, ПЦ 500-Д20-Н – для бетона дорожных и аэродромных покрытий при применении в качестве добавки гранулированного шлака не более 15 %.

Начало схватывания портландцемента для бетона дорожных и аэродром­ных покрытий должно наступать не ранее 2 ч, портлан­д­цемента для труб – не ранее 2 ч 15 мин от начала затворения цемента. По согласованию изго­товителя с потребителем допускаются иные сроки схватывания.

Удельная поверхность портландцемента с добавкой шлака для бетона дорожных и аэродромных покрытий должна быть не менее 280 м²/кг.

Для бетона дорожных оснований допускается применение шлакопортландцемента по ГОСТ 10178-85.

Для бетона железобетонных конструкций с маркой по морозостойкости F200-F300 рекомендуется использовать портландцемент как без минеральных добавок, так и с добавками до 20 % от массы цемента (граншлак), при марке F 400 и выше портландцемент, в котором количество добавок граншлака не более 5 %, или сульфатостойкий портландцемент по ГОСТ 22266-94. Для пропариваемого дорожного бетона с маркой по морозостоёкости F200-F300 можно применять шлакопортландцемент, содержащий 45…50 % доменного гранулированного шлака.

К показателям качества цемента, отрицательно влияющим на свойства бетонной смеси и бетона, относятся: неравномерность изменения объёма, ложное схватывание, быстрое схватывание, замедленное схватывание и твердение (лежалый цемент или дефекты состава цемента), белые налёты и высолы на поверхности железобетонных изделий из-за повышенного содержания водорастворимых соединений, трещины и белые налёты через несколько месяцев твердения бетона из-за щелочной коррозии (повышенное содержание щелочей в цементе).

Контрольные вопросы

1. Что можно применять в качестве вяжущих для тяжелых бетонов? 2. Какие показатели качества вяжущих веществ вы знаете? 3. На основании чего производится выбор вяжущего для изготовления той или иной конструкции?

6. Заполнители для тяжелого бетона

Крупный заполнитель – щебень из природного камня по ГОСТ 8267, щебень из гравия по ГОСТ 10260, щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий по ГОСТ 23254, гравий по ГОСТ 8268, а также щебень из шлаков ТЭЦ по ГОСТ 26644.

В зависимости от крупности зерен заполнители бывают крупные (свыше 5 мм) и мелкие (до 5 мм).

Крупный заполнитель в зависимости от предъявляемых к бетону требований выбирают по следующим показателям:

– зерновому составу и наибольшей крупности;

– содержанию пылевидных и глинистых частиц;

– вредных примесей;

– форма зерен;

– прочности;

– содержанию зерен слабых пород, морозостойкости, истираемости;

– петрографическому составу;

– радиационно-гигиенической характеристике.

При подборе состава бетона определяют также плотность, насыпную плотность, пористость, водопоглощение, пустотность, крупные заполнители должны иметь среднюю плотность от 2000 до 2800 кг/м³.

1) По зерновому составу крупный заполнитель следует применять в виде раздельно дозируемых фракций при приготовлении бетонной смеси. Наибольшая крупность устанавливается в зависимости от характеристик бетонируемой конструкции:

– Плиты покрытий, перекрытий - допускаемая наибольшая крупность не более 1/2 толщины плиты.

– Балки, колонны, стены, рамы и др. – не более 3/4 минимального расстояния между стержнями арматуры.

– Подача бетонной смеси по хоботам и бетононасосам – не более 1/3 диаметра хобота или трубопровода.

– Укладка бетонной смеси в скользящую опалубку – не более 1/6 наименьшего размера поперечного сечения железобетонной конструкции.

Содержание отдельных фракций в крупном заполнителе в составе бетона должно соответствовать нормированным показателям. Вместо фракции 5...10 мм допускается применять фракцию 3...10 мм при использовании песка с Мк < 2,5. Допускается применение крупных заполнителей в виде смесей двух смежных фракций.

Применение крупных заполнителей требуемой гранулометрии позволяет обеспечить минимальную пустотность, а, следовательно, и минимальный расход вяжущего. Наименьшая крупность - минимальный размер отверстий сита, полный остаток на котором не превышает 5% от массы навески, используемой для просеивания.

2) Пылевидные и глинистые частицы в щебне ухудшают его сцепление с цементным камнем, повышают усадку, ползучесть и снижают морозостойкость бетона и прочность.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород, щебня из гравия и в гравии не должно превышать для бетонов всех классов 1% по массе.

Содержание пылевидных и глинистых частиц в щебне из осадочных горных пород не должно превышать 2% для бетона классов по прочности при сжатии В22,5 и выше и 3% – для бетона классов В20 и ниже.

Для бетонов труб, шпал, опор ЛЭП, гидротехнических сооружений, мостов и др. содержание глинистых примесей ограничивается в большей мере.

3) По форме в щебне различают зерна пластинчатой и игловатой (лещадной) формы, когда толщина и ширина меньше длины в 3 и более раза (при использовании щековых дробилок и слоистых пород).

Такие зерна ухудшают удобоукладываемость бетонной смеси, способны создавать своды, под которыми остаются пустоты, что приводит к снижению прочности бетона, повышают его анизотропность, проницаемость.

По содержанию лещадных зерен различают щебень кубовидной формы - до 15%, улучшенной формы 15 - 25%, обычной формы 25 - 35%.

Использование заполнителей с содержанием лещадных > 35% по массе допускается при условии обеспечения заданной удобоукладываемости бетонной смеси и плотности без перерасхода цемента.

Для дорожных и аэродромных покрытий, безнапорных труб ограничивается содержание лещадных до 25%, для напорных труб, опор ЛЭП и др. - до 15%

4) Прочность заполнителя оценивается маркой, назначаемой по прочности на сжатие горной породы в насыщенном водой состоянии и по показателю дробимости каждой фракции раздавливанием в цилиндре Æ=h=15см под нагрузкой 20 т. После испытания пробу просеивают через сита:

1,25 мм – фр. 5(3)…10 мм

2,5 мм – фр. 10…20 мм

5,0 мм – фр. 20…40 мм

Марка щебня определяется по максимальной дробимости

Др = (Dm/m)100%

Для бетона марка щебня из изверженных горных пород должна быть не ниже 800, из метаморфических и осадочных - не ниже 300, гравия и щебня из гравия - не выше Др16.

Марка щебня из природного камня должна быть выше марки бетона

≥ 1,5 раза для бетона М < 300;

≥ 2 раза для бетона М ≥ 300.

Заполнители, прочность которых при насыщении водой снижается более чем на 20%, не допускаются для бетона, эксплуатируемого в зоне переменного уровня воды и под водой. Для бетона железобетонных конструкций, рассчитываемых на выносливость, применение гравия не допускается (транспортные сооружения, мосты, подкрановые балки и т.п.).

Для бетона гидротехнических сооружений следует использовать щебень с r_ср не менее 2500 кг/м³, водопоглощение из изверженных и метаморфических горных пород ≤0,5%, осадочных ≤ 1%.

Содержание зерен слабых пород (прочность на сжатие в водонасыщенном состоянии < 20 МПа) допускается для бетонов сборных и монолитных железобетонных конструкций до 10% по массе, а для мостов, гидротехнических сооружений, напорных труб – до 5%.

5) Морозостойкость крупного заполнителя должна быть не ниже марки бетона по морозостойкости и оценивается по потере массы при ЦЗО или в насыщенном растворе Na₂SO₄.

6) Крупный заполнитель для дорожных покрытий лестничных маршей, площадок, полов характеризуется маркой по истираемости в полочном барабане по потере массы

7) Средний уровень естественных радионуклидов не должен превышать 25 мрентген/час.

Мелкий заполнитель – рыхлая горная порода или отход промышленности с размером зерен до 5 мм и Мк = 1,5...3,25. В тяжелом бетоне разрешается использовать в качестве мелкого заполнителя:

а) природный кварцевый или полевошпатовый песок - продукт выветривания горных пород;

б) песок из отходов дробления горных пород;

в) песок из шлаков ТЭС.

1) Мелкий заполнитель должен иметь среднюю плотность от 2000 до 2800 кг/м³.

2) Зерновой состав должен соответствовать кривым просеивания, при этом учитываются только зерна, проходящие через сито 5 мм. При Мк < 2 – В < 15, Мк = 2...2,5 – В = 15...25, Мк = 2,5...3,25 – В > 25. В бетонах класса до В30 допускаются пески с Мк=1...1.5, содержащие зерен менее 0.16 мм до 20% по массе и пылевидных и глинистых частиц не более 3 % по массе после специальных исследований.

Использование дробленых песков из отсевов и их смесей с природными допускается при условии обеспечения заданной удобоукладываемости без перерасхода цемента.

При наилучшем сочетании в песке зерен различного размера его пустотность может быть уменьшена до 30%, в доброкачественном – до 30...38%, в однофракционном – до 47%. Загрязняющие примеси, отмучиваемые (в природном до 3%, отсеве – до 5%) и глина в комках (не более 0,5%), ухудшают сцепление с цементным камнем, повышают водопотребность бетонной смеси и уменьшают прочность на сжатие, плотность, морозостойкость. Органические примеси реагируют с твердеющим цементным вяжущим и понижают его прочность. Песок с такими примесями можно применять, если прочность раствора из него не менее, чем на том же песке, но промытом сначала известковым молоком, а затем водой.

Качество заполнителей оказывает существенное влияние на прочность бетона. Чем мельче песок, тем больше будут его удельная поверхность, водопотребность бетонной смеси и расход цемента в бетоне. Для бетонов низких марок на мелком песке расход цемента увеличивается меньше, чем для бетонов средних марок. В бетонах высоких марок в связи с высоким содержанием цемента его перерасход при использовании мелкого песка значительно ниже за счет меньшего содержания песка в бетоне и повышенной активности цемента. В результате в бетонах высоких марок на мелких песках перерасход цемента составляет обычно 10...15%.

3) Песок из отсевов дробления для бетонов дорожных и аэродромных покрытий должен иметь марки по прочности исходной горной породы (изверженных ≥ 800, осадочных и метаморфических ≥ 400, гравии Др < 16, для труб ≥ 600).

Песок из шлаков ТЭС запрещается для транспортных и гидротехнических сооружений, должен иметь:

частиц > 5 мм – не более 10%;

проход через сито 0,315 – не более 20%;

насыпную плотность – не менее 1100 кг/м³;

сернистых и сернокислых – не более 3% по массе в пересчете на SO₃;

свободный СаО – не более 1%.

Не должно быть засоряющих примесей.

Контрольные вопросы

1. Что называется крупным заполнителем для тяжелого бетона? 2. Что называется мелким заполнителем для тяжелого бетона? 3. Что является вредными примесями в заполнителях? 4. По каким показателям качества производят выбор крупного и мелкого заполнителя?

7. Добавки в бетон и требования к воде для затворения и поливки бетона

Добавки в бетон – неорганические и органические вещества или их смеси, при введении которых в контролируемом количестве направленно регулируются свойства бетонной смеси и бетона, либо ему придаются специальные свойства (ГОСТ 24211-80).

Классифицируются:

1) Минеральные:

– активные минеральные добавки - для повышения водостойкости и щелочестойкости, сульфатостойкости, стойкости против щелочной коррозии, снижения экзотермии, повышается прочность на сжатие , морозостойкость, водонепроницаемость, экономия цемента до 70% (молотый граншлак, микрокремнезем, зола). Улучшают свойства бетонной смеси - однородность, нерасслаиваемость. Могут повышать водопотребность - тогда необходимо их использовать совместно с пластификаторами;

– наполнители служат для разбавления цемента и его экономии, а также для уплотнения бетона;

– добавки для кислото-, щелоче- и жаростойких растворов и бетонов.

2) пено- и газообразователи – для приготовления ячеистых бетонов с поризованной структурой;

3) химические – для управления свойствами бетонной смеси и бетона.

Различают:

– пластификаторы и суперпластификаторы, повышающие подвижность бетонной смеси в 2…4 раза или снижающие количество воды затворения до 40%;

– водоудерживающие - уменьшают водоотделение бетонной смеси при постоянной подвижности;

– регулирующие схватывание бетонной смеси и твердение бетона (ускорители - CaCl₂, Ca(NO₃)₂, NaNO₂, ННК, ННХК, Na₂SO₄);

– противоморозные - понижают температуру замерзания воды в порах бетона, что обеспечивает его твердение при температуре ниже 0⁰С;

– воздухововлекающие, газообразующие – для повышения морозостойкости бетона;

– уплотняющие для повышения водонепроницаемости Al₂(SO₄)₃, ДЭГ, битумная эмульсия, Fe₂(SO₄)₃, FeCl₃, Fe(NO₃)₃;

– повышающие защитные свойства бетона по отношению к арматуре (ингибиторы).

Обязательно применение добавок:

1) суперпластификаторов для бетонных смесей с осадкой конуса > 10 см и для получения класса бетона по прочности при сжатии В ≥ 30;

2) воздухововлекающих и пластифицирующе-воздухововлекающих для повышения морозостойкости и водонепроницаемости;

3) уплотняющих для повышения водонепроницаемости;

4) ингибиторов для повышения защитного действия бетона по отношению к стали в легкие и ячеистые бетоны.

Возможные отрицательные последствия введения химических добавок (добавок солей-электролитов – сульфатов, хлоридов, нитратов и др. особенно щелочных металлов):

– Высолы

– Коррозия арматуры

– Щелочная коррозия

– Повышенная гигроскопичность

К воде для приготовления и поливки бетона по ГОСТ 23732 предъявляются следующие требования:

1) ограничивается содержание хлоридов и сульфатов, которые стимулируют коррозию арматуры и бетона, изменяют скорость твердения цементов и образуют высолы на поверхности железобетонной конструкции. Допускаемое содержание в воде растворимых солей, ионов хлора и сульфатов, а также взвешенных частиц не должно превышать величин, указанных в табл.

2) ухудшает качество бетона наличие в воде сахаров, фенолов, ПАВ, их количество допускается не более 10 мг/л;

3) запрещается вода с пленкой нефтепродуктов, жиров и масел. Присутствие ограниченного количества (до 20 мг/л) эмульгированных жиров или нефтепродуктов почти не влияет на свойства бетонной смеси и бетона;

4) если в воде есть не упомянутые примеси, или их количество превышает допустимое, то эту воду испытывают в бетоне по сравнению с питьевой водой - не должно наблюдаться ухудшение по срокам схватывания, расходу цемента, прочности на сжатие, морозостойкости бетона;

5) для ненапрягаемых железобетонных конструкций можно применять морскую или разбавленную воду соленостью до 5 г/л при соблюдении требований по Cl^- и SO₄^{- -}.

Контрольные вопросы

1. Какие добавки в бетон по группам действия вы знаете? 2. В каких случаях обязательно применение добавок в бетон? 3. Какие требования предъявляются к воде для приготовления бетонной смеси?

8. Бетонные смеси

Бетонная смесь – рационально подобранная и однородно перемешанная смесь компонентов бетона до начала схватывания входящего в ее состав вяжущего.

Бетонная смесь должна обладать хорошей формуемостью и обеспечить получение изделий требуемой формы и свойств. Для обеспечения формуемости она должна:

1) растекаться под действием собственного веса или внешних сил;

2) легко деформироваться без расслоения и нарушения сплошности (быть пластичной);

3) сохранять свою вязкость и состав при транспортировке и перегрузках.

Свойства бетонной смеси зависят от ее состава, свойств компонентов и обладают особенностями:

1) вязкость бетонной смеси не постоянна и может уменьшаться при вибрации – бетонная смесь начинает течь;

2) вода в бетонной смеси переходит из одного состояния в другое, т.к. происходит взаимодействие цемента и воды вплоть до схватывания системы.

Основным структурообразующим компонентом бетонной смеси является цементное тесто, в котором частицы малых размеров (20...40 мкм) обладают высокой S_уд. Это способствует проявлению сил адсорбционного, молекулярного и капиллярного взаимодействия, что обусловливает степень связности системы.

Свойства цементного теста зависят от соотношения твердой и жидкой фаз: с увеличением содержания воды затворения понижается вязкость и пластическая прочность цементного теста. Кроме воды затворения на вязкость влияет фактор времени, т.к. вода может переходить из одного состояния в другое. Формы связи воды:

1) химическая образуется в результате гидратации цемента и кристаллизации гидратов, составляет 1...2% от общего содержания воды в свежеприготовленной бетонной смеси и 4...5% в период схватывания, для полной гидратации достаточно В/Ц = 0,23...0,27, излишки воды дают поры;

2) физико-химическая, адсорбционная образуется в виде тонких пленок на поверхности твердой фазы, находится в зоне действия молекулярных силовых полей твердой фазы, чем больше дисперсность твердой фазы, тем больше этой воды. за счет появления микрокристаллов коллоидной степени дисперсности <1*10^-7см смесь загустевает, схватывается, адсорбционной воды содержится 3...5% в свежеприготовленной смеси, 20...25% в период схватывания;

3) механическая, структурная воды находится под действием капиллярных и гравитационных сил, содержится до 90...95% в свежеприготовленной и 70...75% в период схватывания.

Переход воды из механически связанной в химически и физико-химически связанную приводит к уменьшению объема системы цемент+вода (контракция). Так как внешние размеры бетонной смеси изменяются незначительно (первоначальная усадка составляет 1...3% по объему), то в бетонной смеси возникает разряжение (контракционный вакуум).

При минимальном водосодержании вода адсорбируется поверхностью твердой фазы и бетонная смесь будет обладать малой удобоукладываемостью. Максимальное количество воды, которое целиком удерживается адсорбцией называется молекулярной влагоемкостью. Для цементного теста она равна 1,876 НГ. С удалением от твердой поверхности воздействие поверхностных сил уменьшается, но из-за полярности молекул воды они образуют ориентированные цепочки из нескольких десятков или сотен молекул. Толщина такой ориентированной воды не более 0,15 мкм. В результате гидратации цемента, сопровождающейся увеличением площади удельной поверхности твердой фазы, содержание адсорбционной воды в бетонной смеси увеличивается – смесь загустевает (схватывается).

Увеличение количества воды сверх молекулярной влагоемкости приводит к появлению перемещающихся слоев, к оводнению контактов твердых частиц. Появляются водные мениски в капиллярах. Адсорбционная и капиллярная вода дают минимальную подвижность бетонной смеси, меньше, чем смесь сухих компонентов. Но в этом случае бетонная смесь при интенсивном уплотнении способна тиксотропно разжижаться и обеспечивать получение плотного бетона.

С увеличением количества воды затворения силы молекулярного взаимодействия ослабевают, капиллярные силы исчезают, что резко повышает подвижность бетонной смеси. Предельное содержание воды в бетонной смеси, при котором не происходит ее отделение, называется водоудерживающей способностью – зависит от содержания тонкодисперсных компонентов и ПАВ.

При большем количестве воды затворения происходит водоотделение с оседанием твердых частиц (седиментационное расслоение, внешнее и внутреннее). Это ухудшает сцепление цементного камня с заполнителем, формирует систему открытых капилляров в бетоне, что снижает прочность и стойкость бетона. Седиментация – основной дефект структуры бетона. Для ее уменьшения вводят водоредуцирующие добавки, ПАВ и водоудерживающие добавки.

Контрольные вопросы

1. Что называется бетонной смесью? 2. Какие формы связи водыв бетонной смеси вы знаете? 3. Что такое водоудерживающая способность бетонной смеси?

9. Технические требования к бетонным смесям

Технические требования к бетонным смесям регламентируются ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия». Бетонные смеси могут быть готовыми к употреблению и сухие.

Готовые к употреблению бетонные смеси разделяют на марки по удобоукладываемости, приведенные в табл.

Бетоны из бетонных смесей должны иметь заданные показатели по прочности на сжатие, средней плотности (для легкого бетона), морозостойкости, водонепроницаемости (при необходимости).

Пример условного обозначения бетонной смеси, готовой к употреблению: БСГ В25 П1 F 200 W 4 ГОСТ 7473 – 94,

лёгкой сухой бетонной смеси: БСС В12,5 П2 F100 W2 Д900 ГОСТ 7473-94.

Бетонная смесь характеризуется показателями:

– удобоукладываемости;

– средней плотности (легкая);

– видом и количеством исходных материалов (вяжущее, заполнители, добавки);

– крупностью заполнителей;

– объемом вовлеченного воздуха и расслаиваемости (при необходимости);

– температурой у места укладки (при необходимости);

– сохраняемостью свойств бетонной смеси во времени (осадка конуса, расслаиваемость, воздухововлечение).

Бетоны, полученные из этих бетонных смесей должны иметь заданные показатели:

– класс или марку по прочности на сжатие, растяжение, изгиб;

– среднюю плотность (для легких бетонов);

– коэффициент вариации прочности бетона и требуемую прочность;

– марки по морозостойкости и водонепроницаемости.

Материалы по качеству должны соответствовать требованиям соответствующих стандартов. Влажность заполнителей для сухих бетонных смесей не должна превышать 0,2%.

Бетонные смеси с маркой по удобоукладываемости П3, П4, П5 (для сборных ЖБИ) или П4, П5 (для монолитных и сборно-монолитных железобетонных изделий) должны использоваться с применением пластифицирующих добавок без увеличения расхода цемента.

Дозировка твердых компонентов бетонной смеси производится по массе (кроме пористых заполнителей, которые дозируют по объему с коррекцией по массе), жидкие компоненты дозируют по массе или объему. Погрешность дозирования не должна превышать для цемента, воды, сухих добавок и их растворов +1%, заполнителей – +2,5%.

В смесителях принудительного действия можно приготавливать бетонные смеси любой марки по удобоукладываемости, бетонные смеси марок П1...П4 и Ж1 (для легких бетонов классов В12,5 и выше и выше средней плотности 1600 кг/м³) допускается приготавливать в гравитационных