Види бетонів

Види бетонів

Дорожні та гідротехнічні бетони

Характерними представниками бетонів з комплексом нормованих властивостей є дорожні та гідротехнічні бетони. Ці види бетонів об'єднують зазвичай жорсткі умови експлуатації і відповідно підвищені вимоги до властивостей визначає їх тривалість.

Для дорожнього бетону основний прозорого характеристикою є міцність бетону на розтяг при вигині. Цей параметр нормується часто і для гідротехнічного бетону. При проектуванні конструкцій зазвичай використовують кореляційний формулу, що зв'язує міцність бетону на вигин (Rр.і, МПа) з міцністю бетону на стиск (Rсж, МПа).

Степеневий характер залежності відображає зменшення співвідношення Rр.та/Rсж по мірі збільшення Rсж, характерне для цементних бетонів. У той же час вона не враховує мінливість міцності цементу на вигин (Rц.і) при практично однаковій активності цементу Rц.

Як відомо, Rц.і залежить від багатьох факторів: хіміко-мінералогічного складу клінкеру, тонкості помелу і зернового складу цементу, виду і вмісту добавок. Вплив зазначених факторів на Rц.і не завжди виявляється ідентичним їх впливу на Rц. Наприклад, за даними Оргпроектцемента при активності клінкера Щуровского заводу 46,2 МПа межа міцності на вигин дорівнює 5,82 МПа, а при активності клінкера Амвросіївського заводу 45,7 - 7,08 МПа, тобто на 21,6% більше. Аналіз відхилень експериментальних даних Rр.і бетону і розрахункових значень за формулою також показує, що вони досягають 20%.

Всі формули наведеного виду відображають деякий негативний вплив на Rр.і крупних заповнювачів, що узгоджується з відомими уявленнями. Дійсно, при Ц/В=2,5 характерному, як правило, при стандартному випробуванні цементно-піщаного розчину і рекомендованих значеннях коефіцієнта А для пересічних матеріалів за формулою (6.4) - 0,39, (6.5) - 0,4 і (6.6) - 0,42 Rр.і буде відповідно дорівнює 0,936 Rц.і, 0,92 Rц.та і 0,924 Rц.і. Для порівняння Rсж, як випливає з формули, при Ц/В=2,5 і А=0,6 дорівнює 1,2 Rц. Найбільшою мірою вплив особливостей заповнювачів на міцність бетону при вигині досліджено В. М. Грушко з співробітниками. Ними наведені значення А1 і А2 у формулі в залежності від якісних особливостей піску і щебеню і показано, що застосування вапнякового і фракціонованого шлакового щебеню дозволяє довести Rр.і до 1.08 Rц.і.

В табл.6.2 наведені розрахункові значення Rр.при використанні формул і застосуванні рядових матеріалів. Для визначення Rр.і за формулою розраховували спочатку міцність бетону на стиск Rсж за висловом , при цьому активність цементу приймали рівною його марці при даному значенні Rц.і.

Величини Rр.і, обчислені за формулами при зазначеному вище допущення, досить близькі і відхилення розрахункових значень при правильному виборі коефіцієнтів не перевищують 3%. Відхилення дещо підвищуються при використанні формули, проте залишаються при цьому порівняно низькими (до 8...10%) при мінімально допустимих співвідношеннях Rц.та і Rц, рекомендованих ДСТУ. У багатьох випадках фактичне співвідношення Rц.та і Rц виявляється значно вище нормативного, і тоді розрахункові значення Rр.і за формулою виявляються заниженими. Вибір формул для визначення Rр.і бетону також як і ряду інших показників нормованих властивостей значною мірою повинен визначатися наявної вихідної інформацією.

Запропоновано значну кількість емпіричних формул, що зв'язують з міцністю при стисненні ряд інших фізико-механічних властивостей (Рі): міцність при осьовому розтягу, зносостійкість, кавитационную стійкість, ударну стійкість і ін У більшості випадків такі залежності представлені функціями з деякими усередненими коефіцієнтами. Для завдань МПСБ зазначені залежності доцільно застосовувати з відповідними коефіцієнтами, що враховують специфічний вплив особливостей цементу і заповнювачів. Воно може бути вельми істотним, що знижує рівень кореляції.

За даними застосування щебеню з доменних або электрофосфорных шлаків замість гранітного збільшує Rо.р на 26...73%. Сумісне введення щебеню та піску з щільного вапняку замість гранітного щебеню та кварцового піску в іншій роботі дозволило збільшити міцність при осьовому розтягу з 4,97 до 6,32 МПа, тобто на 27%.

Алгоритми для проектування складів бетону з комплексом нормованих властивостей відповідають загальній схемі, розглянутої раніше, але враховують вибрані розрахункові залежності. Експериментальна перевірка показала досить високу збіжність результатів розрахунку, отриманих двома способами.

Для масивного гідротехнічного бетону необхідно враховувати тепловиділення, з яким пов'язана досягається до певного терміну температура твердіння бетону.

Приклади реалізації алгоритмів проектування складів дорожнього і гідротехнічного бетону немассивного

I.? Запроектувати складу цементного бетону для покриття автомобільної дороги з класом по міцності на стиск В20. Марка бетону по морозостійкості - F300. Рухливість бетонної суміші ОК=2...4 див.

Вихідні матеріали: портландцемент М500, нормальна густота НГ=25,5%; кварцовий пісок з модулем крупності Мк=2,2, змістом отмучиваемых домішок 2,5%, істинною густиною =2,67 кг/л, насипною щільністю =1,55 кг/л, пустотність 42%; гранітний щебінь фракції 5-40 мм з істинною густиною =2,7 кг/л, насипною щільністю =1,4 кг/л, пустотність 48%, вмістом отмучиваемых частинок 0,8%.

В бетонну суміш вводиться повітровтягуюча добавка.

II.?? Запроектувати склад бетону для облицювання стінок водойми класів за міцністю на стиск В15, осьовий розтяг Вt1,2; розтяг при вигині Вtв2,4; з маркою за морозостійкістю F300 і коефіцієнтом фільтрації в 28-добовому віці Кф=1,5.10-10 см/с. Осадка конуса бетонної суміші 2...4см.

Для задач проектування складів бетону з заданим тепловиділенням необхідно використовувати експериментально визначені значення. Розрахунок q можливий лише для орієнтовних оцінок. Застосування з цією метою відомої адитивної формули, яка враховує внесок окремих мінералів доцільно для оцінки q клінкеру, коли відомий його хіміко-мінералогічний склад. Ця формула, однак, не враховує вплив на тепловиділення цементу багатьох факторів і, насамперед, змісту мінеральних і інших добавок.

Залежно відображають вирішальний вплив на питоме тепловиділення вкладу гідратації трьохкальцієвого силікату, що є основним джерелом екзотермії цементу і одночасно вирішальним фактором, що впливає на активність цементу. Разом з тим, дві наведені формули не є в достатній мірі сумісні. Формула відображає адитивний характер впливу мінералогічного складу цементу на його екзотермічний ефект, в той же час відомо, що активність цементу не є адитивною функцією.

На активність цементу вельми істотно позначається тонкість помелу цементу, в той час як на величину тепловиділення вона справляє помітний вплив лише в перші строки твердіння. Збільшення питомої поверхні цементу понад 400 м2/кг практично вже не викликає приросту теплового ефекту після 4...5 діб. твердіння.

Складність задач проектування складів масивного гідротехнічного бетону полягає в необхідності ув'язки В/Ц і В, що визначають витрата цементу, а також виду застосовуваного цементу і добавок, з вимогами забезпечити міцністні властивості, морозостійкість, водонепроникність з необхідним тепловиділенням (Q). Ще більшою мірою ускладнюється пошук оптимальних рішень, що включає не тільки порівняльні розрахунки вартості різних рецептурних варіантів, але і технологічних рішень, спрямованих на регулювання початкової температури бетонної суміші, охолодження бетону в процесі твердіння.

2.Пропариваемые бетони

При проектуванні складів пропариваемого бетону на відміну від бетону нормального твердіння, крім проектної або марочної міцності через 28 діб, необхідно забезпечити відпускну (розпалубочну, передавальний) міцність після теплової обробки. Нормовані міцнісні параметри можуть досягатися як при однаковому, так і при різних Ц/Ст. В останньому випадку можна встановити визначає прозорого параметр, для досягнення якого потрібно більше значення Ц/В. Останній може змінюватися в залежності від величини і співвідношення і режиму пропарювання, тривалості подальшого твердіння.

По мірі скорочення режиму пропарювання і тривалості наступного витримування, збільшення чисельного значення створюються передумови, щоб остання стала визначальним міцності параметром і навпаки. Звуження інтервалу необхідних Ц/В аж до їх збігу сприяє застосування швидкотверднучих цементів, добавок-прискорювачів твердіння, оптимізація режимів теплової обробки.

Міцність пропареного бетону в 28 діб. може відхилятися від відповідної міцності бетону нормального твердіння в меншу або більшу сторону. Дослідження і практичний досвід показують, що при оптимальному режимі пропарювання можна звести до мінімуму або взагалі усунути зниження 28-добової міцності. Для визначення Ц/О, що забезпечує міцність пропареного бетону в 28-добовому віці зручно використовувати загальну формулу.

3. Бетони з активними мінеральними добавками

У технології бетону все ширше застосовують активні мінеральні компоненти (активні наповнювачі) для економії цементу і поліпшення ряду будівельно-технічних властивостей. Поряд з давно відомою й широко затребуваною добавкою як зола-винесення в останні роки показана ефективність таких мінеральних добавок як мікрокремнезем, метакаолин та ін. До теперішнього часу розроблений ряд методик проектування оптимальних складів наповнених бетонів, заснованих переважно на спільному вирішенні комплексу поліноміальних факторних моделей.

Прийнятні результати можуть бути отримані також при розрахунках складів наповнених бетонів з мінеральними добавками з допомогою методу "приведеного Ц/В". Алгоритм розрахунку складів бетонів даним методом базується на розглянутому раніше правило "приведеного Ц/В", відрізняється від звичайного тим, що після встановлення оптимальної кількості активного наповнювача при відомому значенні його "цементуючою ефективності" визначається по залежності спочатку (Ц/В)пр, а потім витрата цементу.

Для визначення витрати добавки використовуються відомі дані або спеціальні залежності, що зв'язують витрата добавки з необхідними значеннями міцності, умовами тверднення та ін.

Наприклад, відомо, що для бетонів нормального твердіння оптимальний витрата золи-винесення становить 100...150 кг/м3, пропариваемых - 150...200 кг/м3, для мікрокремнезема і метакаолина він коливається в інтервалі 30...50 кг/м3. При введенні активного мінерального наповнювача збільшується обсяг в'яжучого в бетонній суміші і відповідно повинен збільшуватися коефіцієнт розсунення (Кр) і зменшуватися частка піску в суміші заповнювачів (r). Проведені досліди щодо визначення можливості застосування відомих рекомендацій за призначенням Кр і r, розроблених для цементних бетонів без добавки золи-винесення. В якості критерію оптимальності даних параметрів обрана рухливість бетонних сумішей при постійному обсязі цементно-зольного тесту. Вихідними компонентами бетонних сумішей служили портландцемент Здолбунівського ЦШК, зола-винесення Бурштинської ТЕС, пісок середньої крупності з Мк=2,1 і гранітний щебінь 5...20 мм.

Результати проведених трьох серій дослідів показують, що при рівних витратах цементної і цементно-зольного в'яжучих і однакових В/Ц оптимальні значення Кр і r, при яких досягається найкраща рухливість бетонних сумішей, практично однакові.

4. Дрібнозернисті бетони

В останні роки все ширше застосовуються дрібнозернисті бетони (МЗБ), у тому числі для литих, пресованих і вібропресованих виробів.

Численні експериментальні дані показують, що на міцність дрібнозернистого бетону при стисненні крім Ц/В, активності цементу і якості заповнювача, впливає багато інших факторів, таких як легкоукладальність суміші, умови твердіння, вид і кількість активних мінеральних добавок і т. д. Поряд з цим, значний вплив на властивості дрібнозернистого бетону має також і спосіб ущільнення суміші.

Пропонована методика проектування складу дрібнозернистого бетону має ряд особливостей у порівнянні з існуючими:

* при призначенні необхідного цементно-водного відношення враховується тип бетонної суміші за її легкоукладальності, який визначає спосіб формування виробів і конструкцій;

* враховується не тільки розмір, але і форма зерен заповнювача через величину його питомої поверхні;

* використовується фізична концепція формування щільної структури бетонної суміші (цементне тісто заповнює порожнечі між зернами заповнювача і створює на його зернах плівку певної товщини, від величини якої залежить легкоукладальність бетонної суміші).

Аналіз експериментальних даних дозволяє запропонувати усереднені значення коефіцієнтів А і b з урахуванням виду бетонних сумішей за легкоукладальністю.

При розрахунку складу дрібнозернистої бетонної суміші необхідно враховувати, що після її ущільнення в бетоні завжди залишається певний об'єм повітря. Кількість залученого повітря визначається особливостями конкретних воздухововлекающих добавок. Певний обсяг повітря, що залишається в результаті недоуплотнения бетонної суміші (затиснений повітря Vз.в). Апроксимація даних дозволяє запропонувати вирази для розрахунку обсягу затисненого в дрібнозернистих бетонних сумішах повітря (л):

* для пластичних сумішей:

Vз.в=-6,52 ln(ОК+1) + 19,9,

* для жорстких сумішей:

Vз.в=24,95 ln(F+1) - 8,3.

Для сумішей, жорсткість яких не можна визначити звичайними методами, (наджорсткі або напівсухі суміші), а також для бетонних сумішей, які ущільнюються силовими способами, обсяг затисненого повітря залежить від параметрів і особливостей способу ущільнення. Для бетонних сумішей, які ущільнюються вибропрессованием, кількість затисненого повітря можна знайти за номограмою, отриманої на основі експериментальних даних. Видатки всіх компонентів дрібнозернистої бетонної суміші зв'язуються між собою умовою: Vц.т+ Vп+ Vз.в =1000 л,

де Vц.т -обсяг цементного тіста, л; Vп-об'єм піску, л.

Кількість цементного тесту повинно бути таким, щоб заповнити порожнечі між зернами піску і створити на них плівку деякої товщини.

Аналіз відомих експериментальних даних дає можливість стверджувати, що умовна товщина плівки ?залежить від легкоукладальності бетонної суміші (Ж або ОК), Ц/О, питомої поверхні заповнювача (S), пустотності наповнювача в насипному стані і обсягу порожнеч між зернами заповнювача незаповненого цементним тестом (Vн).

Визначити умовну товщину цементної плівки на зернах заповнювача можна користуючись номограммами отриманими на основі експериментальних даних В. П. Сизова.

Величина Vн характеризує недолік цементного тіста для заповнення порожнеч між зернами заповнювача (а в деяких випадках і на створення плівки умовно-мінімальної товщини (13 мкм)), наявність затисненого повітря.

У першому наближенні Vн можна приймати рівним обсягом затисненого повітря Vз.в., однак у разі, якщо отримана величина ?буде менше 13 мкм, Vн потрібно збільшувати, поки умова не буде виконана.

Зниження величини Vн можна досягти збільшенням кількості цементного тіста за рахунок введення дисперсного активного або інертного наповнювача (наприклад золи або гранітної пилу).

 

5.Бетони термосного твердіння

Завдання проектування складу бетону при витримуванні конструкції методом термоса переслідують мету визначити таке співвідношення компонентів бетонної суміші, що дозволить забезпечити задані властивості бетону до моменту його замерзання. Залежно від характеру обліковуваних обмежень можна виділити три основні типи завдань:

1) з заданими характеристиками вихідних матеріалів і параметрами термосного витримування бетону;

2) із заданими параметрами термосного витримування бетону і можливістю вибору виду і марки цементу;

3) з можливістю вибору виду і марки цементу і параметрів термосного витримування бетону.

Розрахунки складів бетону зводяться до вирішення оптимізаційних задач з використанням рівнянь:

* необхідної міцності бетону для забезпечення заданого класу;

* теплового балансу, при якому забезпечується необхідний тепловологості режим твердіння бетону;

* зростання міцності бетону в часі для прийнятих температурно-вологісних параметрів режиму твердіння;

* абсолютних обсягів.

 

Критеріями оптимальності в задачах зазначених типів можуть бути мінімально можливий витрата цементу, енерговитрати або вартість бетону з урахуванням нагрівання суміші та виготовлення відповідної опалубки. Можлива постановка задач оптимізації з метою досягнення заданого критерію оптимальності, наприклад, мінімальної вартості при обмеженнях по енергоресурсах і витраті цементу.

При заданому значенні міцності бетону до моменту замерзання необхідну тривалість ізотермічного витримування знаходять по відомим рекомендацій з урахуванням температури твердіння і виду цементу.

Модуль поверхні конструкції і коефіцієнт теплопередачі опалубки визначають за відомими формулами, потім призначають конструкцію опалубки і, при необхідності, для завдань третього типу вибирають і додатково розраховують товщину теплоізоляції.

Беручи за температуру ізотермічного витримування бетону його середню температуру tб.ср за період охолодження, з формули теплового балансу можна знайти необхідний витрата цементу при термосном витримування бетону, що забезпечує при даному коефіцієнті теплопередачі опалубки таку экзотермию, яка потрібна для підтримки tб.ср. Витрата цементу, прийнятий з умови теплового балансу, може істотно перевищувати необхідний витрата цементу з умови міцності. У цьому випадку фактичні міцності бетону як на момент замерзання, так і на 28 добу R28,20 будуть значно завищені. Тому оптимальний витрата цементу можна визначити шляхом спільного рішення рівняння, рівняння проектної міцності бетону R28,20. Очевидно, що це можливо лише за допомогою методу послідовних наближень. Розрахунок вважають завершеним, коли різниця між значеннями витрати цементу з умов міцності і теплового балансу не перевищує 5%.

За умови, що міцність бетону після термосного витримування повинна бути не нижче заданої, за рівняннями можна оцінити енергетичну ефективність різних можливих технологічних прийомів зменшення в межах кожного з зазначених типів завдань, в тому числі і доцільності певного перевитрати цементу.

Найбільш складними представляються задачі з використанням критерію оптимальної вартості (З), особливо завдання третього типу, коли оптимізація складу бетону розглядається нерозривно з оптимізацією параметрів термосного витримування бетону. В цьому випадку цільова функція:

З = Рб.з + Соп + Снагр ,

де Сб.з - вартість бетонної суміші на момент закінчення укладання; Соп - вартість опалубки; Снагр - вартість попереднього нагрівання бетонної суміші.

Всі складові рівняння взаємозалежні. Рішення оптимізаційних задач пов'язане з деякими обмеженнями, викликаними наявністю матеріальних ресурсів і умов виконання робіт.

На стадії проектування виробництва робіт оптимізаційні розрахунки можуть застосовуватися для порівняння ефективності методу термоса з іншими методами зимового бетонування. При цьому слід розглядати всі можливі способи зменшення витрат цементу і терміну твердіння бетону (утеплення опалубки, застосування цементів з підвищеною екзотермії і прискорювачів твердіння, зменшення водопотребности суміші та ін).

При розрахунках складів бетонів для зимового бетонування, піддаються электропрогреву або інших способів термічної обробки, необхідно враховувати різний приріст міцності при розігріві, ізотермічному прогрівання і охолодження бетону, оскільки середні значення температур в кожен період обробки істотно відрізняються.

 

6. Бетони з протиморозними добавками

До найменш енергоємних технологій зимового бетонування належать технології, які передбачають введення в бетонні суміші протиморозних добавок. Застосування їх можливе в комплексі з технологіями термоса, електропрогрівання, пароразогрева та ін У всіх випадках вихідної техніко-економічним завданням є призначення розрахункової температури твердіння бетону tб.ср.

У конкретних технологічних умовах необхідне значення tб.ср. може досягатися як за рахунок регулювання початкової температури бетону, так і обмеженням кінцевої температури твердіння.

На вибір кінцевої температури найбільше впливають температурні умови навколишнього середовища і можлива конструкція опалубки.

Визначення необхідної tб.ср має бути ув'язано з заданими значеннями нормованих властивостей і можливими обмеженнями у часі.

При позитивній температурі твердіння tб.ср хімічні добавки виступають в ролі прискорювачів твердіння, відповідно збільшуючи А?,t або зменшуючи при заданому А,t - термін твердіння.

При від'ємному значенні tб.ср виникає необхідність застосування протиморозних добавок.

7. Легкі бетони

Розрахунок складів легких бетонів спрямований на попереднє визначення витрат вхідних в них компонентів, що забезпечують при заданих умовах тверднення досягнення нормованих показників. У всіх випадках проектування складів легких бетонів поряд з міцністю при стисканні повинна забезпечувати задану щільність.

Проектування складів легких бетонів може проводитися:

1) при заданих видах великого і дрібного заповнювачів з відомими значеннями щільності;

2) при заданому вигляді і щільності крупного пористого заповнювача з можливим вибором виду піску;

3) з вибором як крупного і дрібного заповнювачів.

Вибір марки цементу проводиться з урахуванням рекомендацій. Згідно з ними при даному класі бетону ефективність підвищення марки цементу тим більше, чим нижче середня щільність бетону і менше міцність крупного пористого заповнювача.

Вибір крупного пористого заповнювача проводиться на основі емпіричних даних, що зв'язують його насипну щільність з щільністю і міцністю бетону (Rб).

Мінімально можлива щільність крупного пористого заповнювача визначається з умови досягнення заданої міцності бетону в зоні ефективних складів (перша ділянка кривої Rб=f(Rр), де Rр - міцність розчину).

Відомо, зокрема, що для щільного легкого бетону максимальне відношення рекомендується при до 800 кг/м3 - 0,40, 800...1100 кг/м3 - 0,45, 1200...1400 кг/м3 - 0,50, 1400...1800кг/м3 - 0,55.

Вид піску, що характеризується щільністю його зерен, залежить від необхідної щільності розчинної складової, а остання від необхідної щільності бетону.

Пропоновані нижче алгоритми розрахунку складів легких бетонів, засновані на сформульованих у розділі 4 правило "приведеного Ц/В" і відповідних розрахункових залежностях міцності бетонів, що враховують як Ц/У так і об'єм пор, утворених пористими заповнювачами і залученим повітрям. Лінійна залежність міцності легких бетонів від приведеного Ц/В зберігається в області ефективних складів, коли крупний заповнювач працює спільно з розчинної складової, тобто в межах першої фази кривої міцності бетону в залежності від міцності вхідного в нього розчину (за А. В. Ваганову).

Традиційні методики проектування складів легких бетонів ґрунтуються на попередньому призначенні витрати цементу і об'ємної концентрації пористого заповнювача на основі емпіричних даних, що враховують міцність і щільність бетону, рухливість бетонної суміші, щільність і міцність заповнювачів. З цією метою можуть бути використані як табульованого довідкові дані, так і відповідні рівняння регресії.

Розрахунок складів легких бетонів методом "приведеного Ц/В" передбачає визначення параметра Z з рівняння, а потім послідовне визначення необхідних витрат крупного і дрібного заповнювачів, втягнутого повітря, води і цементу.

Статті pp-budpostach.com.ua Все про лазні

Статті по пїноблоку,пінобетону,пінобетонним блокам

Статті pp-budpostach.com.ua Статті по бетону

Статті Все про парканах

Статті pp-budpostach.com.ua Все про дахах ( види, матеріал, як краще вибрати)

Статті Все про Фундаменті

Статті по газобетону ( газоблокам ), газобетонних блоків, блоків газосиликатнных

Новини, статті, чутки, факти, різне і по чу-чуть

Статті по цеглині ( рядовому, особового,облицювальної,клинкерному, шамотною, силікатній,)