Дорожный бетон относят к тяжелым бетонам. Его применяют при строительстве автомобильных дорог и аэродромов. По назначению он подразделяется на бетон для однослойных покрытий, для верхнего и нижнего слоев двухслойных покрытий, а также для оснований усовершенствованных покрытий.
К дорожному бетону предъявляют требования по прочности при сжатии, растяжении при изгибе, морозостойкости, истираемости. Требования по прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 6.12.
Таблица 6.12
Требования к прочности дорожного бетона
| Назначение бетона | Марка бетона (предел прочности, Ша) на | |
| сжатие | растяжение при изгибе | |
| Однослойное покрытие и верхний слой двухслойного покрытия | 300 (30), 350 (35) 400 (40), 500 (50) | 40 (4), 45 (4.5) 50 (5), 55 (5,5) |
| Нижний слой двухслойного покрытия | 250 (25),300 (30) 350 (35) | 35 (3,5), 40 (4) 45 (4,5) |
| Основание усовершенствованного покрытия | 75 (7,5), 100 (10) 150 (15), 200 (20) 250 (25) | 15 (1,5), 20 (2) 25 (2,5), 30 (3) 35 (3,5) |
Требования по морозостойкости должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 6.13.
Таблица 6.13
Морозостойкость дорожного бетона в зависимости от его назначения
| Назначение бетона | Марка бетона в зависимости от среднемесячной температуры наиболее холодного месяца | ||
| от 0 до -5 °С | от -5 до –15 °С | ниже –15 °C | |
| Однослойное и верхний слой двухслойного покрытий | |||
| Нижний слой двухслойных покрытий. | |||
| Основания усовершенствованного капитального дорожного покрытия |
Высокая долговечность бетона достигается нормированием В/Ц, которое принимается для бетона однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не выше 0,5. Для нижнего же слоя, работающего в более благоприятных условиях, В/Ц принимается 0,6 и выше.
Для оснований усовершенствованных покрытий В/Ц бетонных смесей не нормируется.
Удобоукладываемость бетонной смеси принимается 2–4 см. Хотя в последние годы имеется опыт укладки жестких смесей с уплотнением их катками.
Долговечность бетона зависит от качества материалов. Следует применять портландцементы без минеральных добавок с содержанием С3А до 8%, пластифицированные и гидрофобные цементы или вводить ПВА в бетонные смеси. Песок и крупный заполнитель должны быть высокого качества. Марку крупного заполнителя для дорожного бетона следует принимать не ниже значений, указанных в табл. 6.14.
Таблица 6.14
Требования по прочности к крупному заполнителю
| Назначение бетона | Марка крупного заполнителя по прочности | ||
| Щебень | Гравий | ||
| из извещенных и метаморфических пород | из осадочных пород | щебень из гравия | |
| Однослойные покрытия и верхний слой двухслойных покрытий Нижний слой двухслойных покрытий Основания усовершенствованных капитальных покрытий | Др8 Др12 Др16 |
С учетом работы дорожного бетона на износ к крупному заполнителю предъявляют требования на истираемость в полочном барабане (табл. 6.15).
Таблица 6.15
Требования к крупному заполнителю по истираемости
| Назначение бетона | Марка по.истираемости. не ниже | ||
| для щебня | для гравия и щебня из гравия | ||
| из изверженных пород | из осадочных пород | ||
| Однослойные покрытия и верхний слой двухслойных покрытие | И-I | И- II | И- II |
| Нижний слой двухслойных покрытий | И- III | И- III | И- III |
| Основания усовершенствованных капитальных покрытий | И- III | И- IV | И- IV |
Бетоны для защиты от радиации
При ядерном распаде наибольшую опасность для живых организмов представляют Ц-лучи и нейтронное излучение. Для защиты от них применяют особо тяжелые бетоны классов Bb7,5; Bb10; Bb15. Вяжущими служат портландцементы, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент и др. В качестве заполнителей применяют материалы повышенной плотности — барит, лимонит, магнетит, чугунный скрап, обрезки стали, на которых можно получить бетон со средней плотностью от 2800 до 5000 кг/м3. Для улучшения защитных свойств в их состав вводят добавки карбида бора, хлорида лития, сернокислого кадмия, содержащих легкие элементы — водород, литий, кадмий, бор.
Декоративные бетоны
Декоративные бетоны применяют для архитектурной отделки конструктивных элементов зданий и сооружений — стен, полов, лестниц, разделительных полос дорожных покрытий и др. В их состав входят цветные или белые цементы, пигменты и цветные заполнители. Пигменты должны быть щелоче- и светостойкими. Их допускается вводить не более 8–10% от массы цемента. Обычные портландцементы с пигментами применяют для бетонов темных тонов, белые — для светлых. Заполнители изготавливают из цветных горных пород: мрамора, красного и розового гранитов, сиенита, лабрадорита и др. Для получения фактуры, отвечающей архитектурному замыслу, поверхность заполнителей обнажают при помощи шлифования, скалывания фрезами, бучардами.
Бетон, применяемый для наружной отделки зданий, должен быть долговечным.
Жаростойкие бетоны
Жаростойкими называют огнеупорные бетоны, способные сохранять длительное время прочность при температуре свыше 200 oС.
По способности выдерживать высокие температуры их подразделяют на 14 классов с предельно допустимой температурой применения от 300 до 1700 oС и выше. Для этих бетонов применяют гидравлические вяжущие — портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый, высокоглиноземистый и бариевый цементы; воздушные вяжущие — жидкое натриевое стекло, периклазовый цемент; химические — силикат-глыбу, фосфатные соединения.
Заполнителями служат щебень и песок, получаемые из обожженных глин, боя огнеупорных и тугоплавких изделий; из вторичных материалов — доменных, топливных, феррохромовых и др. шлаков; горных пород — кварцитов, базальтов, диабазов, туфов, вулканических шлаков, пемзы. Применяются также специально изготавливаемые пористые искусственные заполнители — керамзит, аглопорит, шунгизит, перлит, вермикулит и пр. Для улучшения структуры и жаростойкости в состав бетонов, за исключением бетонов на глиноземистом цементе, вводят тонкомолотые добавки хромита, огнеупорных глин, золы-уноса, шлаков и др.
Для жаростойких бетонов, эксплуатируемых при температуре свыше 800 oС, определяют остаточную прочность после нагревания их при этой температуре. Для бетонов, которые применяются при температуре 600 и 700 oС, образцы нагреваются до этой температуры, а затем определяется остаточная прочность. Долговечность жаростойкого бетона оценивается их термической стойкостью. Обычные бетоны на портландцементе применяют в конструкциях при температуре до 200 oС. При этом следует учитывать, что прочность бетона на сжатие снижается на 25%. Бетоны на портландцементе с хромитовыми заполнителями и тонкомолотой добавкой выдерживают температуру 1700 oС.
Жаростойкие бетоны служат для изготовления различных тепловых агрегатов, дымовых труб.
Фибробетон
Бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами), называется фибробетоном. Тяжелые бетоны армируются стальной проволокой, стеклянными, базальтовыми или асбестовыми волокнами. Ячеистые и гипсовые бетоны могут армироваться полимерными волокнами, изготовленными из полиэфиров, полиакрилатов, полипропилена.
Тонкая проволока имеет диаметр от 0,1 до 0,5 мм, длину от 10 до 50 мм и вводится в количестве от 3 до 9% от массы бетона, что составляет 70–200 кг на 1 м3.
Стеклянные волокна изготавливают из щелочестойкого стекла. Они имеют диаметр несколько десятков микрон, длину 20–50 мм и обладают прочностью на растяжение 1500–3000 МПа. Их вводят в количестве 1–4% от объема бетона.
Полимерные волокна имеют прочность на растяжение 60–100 МПа. Они стойки в агрессивных средах.
Фибры повышают ударную вязкость бетона, уменьшают истираемость, повышают прочность при растяжении, препятствуют раскрытию трещин. Разрушение бетона происходит постепенно. Надежность конструкций повышается. Дисперсное армирование наиболее эффективно в мелкозернистых бетонах, в особых случаях эксплуатации, имеется опыт его применения для бетонирования оголовков свай.
Легкие бетоны
Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 40%) и сравнительно небольшой средней плотностью (от 500 до 1800 кг/м3), широко используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций. Применение их вместо кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий и за счет этого сократить транспортные расходы.
В легком бетоне в качестве заполнителей используют песок и щебень из пемзы, вулканического шлака, вулканического туфа, пористого известняка и доломита, известняка-ракушечника, известкового туфа, опоки, трепела, диатомита, топливных шлаков, пористых металлургических шлаков, вспученных при обжиге керамзита, термозита, перлита, вермикулита и др.
В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнителя легкие бетоны разделяют на керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д.
Поструктуре рассматриваемые бетоны разделяют на следующие основные виды:
— обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя. Количество вовлеченного в бетонную смесь воздуха не превышает 6% объема;
— крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными. Крупнопористая структура содержит более 25% пустот, заполненных воздухом;
— поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя, в структуре которых возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.
По назначению легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:
— теплоизоляционные — средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/м3, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м хoС), применяемые для изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;
— конструкционно-теплоизоляционные со средней плотностью 500–1400 кг/м3, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м хoС), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);
— конструкционные — средней плотностью 1400–1800 кг/см3, прочностью не ниже М50, морозостойкостью F15 и выше, применяемые в несущих конструкциях.
По виду вяжущих различают легкие бетоны цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.
Для легких бетонов неавтоклавного твердения применяют портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент, а также быстро твердеющий портландцемент.
Заполнители для легких бетонов. В качестве заполнителей для легких бетонов применяют природные или искусственные пористые каменные материалы, от свойств и качества которых зависят свойства приготовленного бетона.
Природные пористые заполнители получают дроблением и фракционированием пористых горных пород — пемзы, вулканического туфа или лавы, известняка-ракушечника и др. Среди них наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, которые имеют высокую, в основном замкнутую, пористость, в результате чего их водопоглощение оказывается небольшим.
Искусственными заполнителями служат отходы промышленности и специальной переработки природных каменных материалов.
К заполнителям, являющимся отходами промышленности и применяемым без предварительной переработки, относят шлаки металлургические и топливные, шлаки химического производства.
К заполнителям, получаемым в результате специальной переработки природных каменных материалов и отходов промышленности, относят вспученные при обжиге глин керамзит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, гранулированные шлаки, зольный гравий и др.
Керамзит изготовляют из глинистого сырья, способного хорошо вспучиваться в процессе обжига, с повышенным содержанием железистых соединений или с добавками, выделяющими газообразные продукты. Из приготовленной глинистой массы формуют гранулы, которые перед обжигом просушивают. Просушенные гранулы обжигают во вращающихся печах при температуре до 1200 oС. В процессе обжига происходит вспучивание гранул с увеличением их объема в 17 раз и образование керамзитового гравия.
Перлит — искусственный пористый материал, получаемый из изверженных полиминеральных горных пород, которые при нагревании до 1100–1300 oС вспучиваются и образуют пористый щебень.
Вермикулит — продукт выветривания природного горного камня (биотитовой слюды), который при быстром нагревании до 700–900 oС вспучивается, увеличиваясь вобъеме в 40 раз.
Аглопорит — материал в виде щебня и песка, получаемый спеканием глинистой породы и отходов от добычи, переработки и сжигания ископаемых углей.
По величине насыпной плотности в сухом состоянии (в кг/м3) пористые заполнители делят на марки:100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000 и 1200.
Свойства легких бетонов. Основными свойствами легких бетонов на пористых заполнителях являются плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.
Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды. Отношение насыпной плотности крупного пористого заполнителя к плотности полученного на нем бетона в среднем для обыкновенного легкого бетона равно 0,5, а для малопесчаного и поризованного — 0,6. Например, на керамзите насыпной плотностью 500 кг/м3 можно получить керамзитобетон плотностью около 1000 кг/м3.
Теплопроводность колеблется в широких пределах — от 0,07 до 0,7 Вт/(м хoС). На ее величину оказывают существенное влияние плотность бетона, характер пористости и другие факторы. С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м хoС) получают при применении очень легких заполнителей, например вспученного перлита.
Прочность легкого бетона зависит от прочности цементного камня и заполнителей, прочность которых значительно ниже прочности заполнителей, применяемых в тяжелых бетонах. При низкой прочности крупного заполнителя разрушение бетона может начинаться с разрушения заполнителя независимо от прочности цементного камня.
В случае армирования конструкций используют легкий бетон с плотной структурой. Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси в этих случаях должен быть не менее 200 кг на 1 м3.
Средняя плотность таких бетонов не ниже 800 кг/м3. В таких бетонах обеспечивается хорошее сцепление арматуры с бетоном и надежная защита от коррозии.
Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества вяжущего и морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью F25 —F100. Такие бетоны используют для наружных конструкций зданий.
Ячеистые бетоны получают из смеси вяжущего и газо- или пенообразующих добавок, в которой отсутствуют крупные заполнители, а иногда — и песок. При твердении смеси ячеистого бетона получают высокопористый каменный материал с равномерно распределенными воздушными порами (до 85% от общего объема бетона) в виде замкнутых ячеек, заполненных воздухом или газом.
По виду порообразования различают газобетоны и пенобетоны. В первых вспучивание бетонной смеси осуществляют введением газообразователя, во вторых — пенообразователя. Образовавшиеся поры представляют собой замкнутые ячейки диаметром 1–2 мм, разделенные тонкими стенками затвердевшей бетонной смеси.
Пенобетон приготовляют смешиванием цементного теста или раствора с отдельно приготовленной устойчивой пеной. После затвердения пенобетонной смеси образуется бетон ячеистой структуры. Пену приготовляют путем энергичного перемешивания пенообразователя с водой. В качестве пенообразователя применяют жидкие смеси канифольного мыла и животного клея или водного раствора сапонина (вытяжки из растительного мыльного корня), а также препарат ГК (гидролизованная кровь с боен). Полученная пена имеет устойчивую структуру и хорошо смешивается с цементным тестом или раствором.
Пенобетонную смесь приготовляют в пенобетоносмесителях. Затем ее разливают в металлические формы и направляют в пропарочные камеры или автоклавы.
В автоклаве при температуре 175–190 oС и давлении пара 0,8–1,3 МПа гидроксид кальция интенсивно взаимодействует с кремнеземистым компонентом. При этом образуется гидросиликат кальция, обладающий довольно высокой прочностью и долговечностью.
Газобетон готовят из смеси цемента (иногда с добавкой извести), кремнеземистого компонента и воды с введением в уже перемешанную смесь газообразователя — алюминиевой пудры, пергидроля (водный раствор перекиси водорода Н2О2) и др. Наиболее распространенный газообразователь — тонкодисперсный алюминиевый порошок (пудра). Процесс газообразования происходит в результате химического взаимодействия алюминия с гидроксидом кальция.
Выделяющийся водород вспучивает цементное тесто, которое, затвердевая, сохраняет ячеистую структуру.
Исходные компоненты газобетона — цемент, известь-пушонку, молотый песок, воду — тщательно смешивают в смесителе, в этот раствор вливают водную суспензию алюминиевой пудры и после повторного перемешивания разливают газобетонную смесь в металлические формы, заполняя их с таким расчетом, чтобы после окончания вспучивания форма была заполнена доверху.
После вызревания в формах газобетон обычно подвергают ускоренному твердению в автоклавах. Применяя автоклавную обработку, можно не только обеспечить получение изделий с высокой прочностью, но и значительно снизить расход цемента путем частичной или полной замены его известью. В последнем случае получают газосиликаты.
Ячеистые бетоны хорошо поддаются сверлению и распиливанию, в них можно легко забивать гвозди.
Крупнопористые бетоны. Бетонную смесь крупнопористого бетона в большинстве случаев приготовляют из цемента, крупного заполнителя (щебня или гравия) и воды. Цементный камень соединяет отдельные зерна крупного заполнителя по плоскостям их контакта между собой. Такой бетон называют беспесчаным.
В отдельных случаях в состав бетонной смеси вводят небольшое количество песка с таким расчетом, чтобы суммарный объем цемента, песка и воды был меньше объема пустот крупного заполнителя. Такой бетон называют малопесчаным.
В качестве крупного заполнителя применяют пористый (реже плотный) гравий или щебень. Расход цемента на 1 м3 бетонной смеси колеблется от 70 до 150 кг.
Преимущество производства крупнопористого бетона на плотном щебне или гравии заключается в недефицитности составляющих. Средняя плотность такого бетона в воздушно-сухом состоянии — 1700–1900 кг/м3. Коэффициент теплопроводности крупнопористого бетона на плотных заполнителях — от 0,6 до 1 Вт/(м хК). Это наименее эффективный по теплозащитным свойствам легкий бетон. Лучшими теплозащитными свойствами обладают крупнопористые бетоны на пористых заполнителях. Коэффициент теплопроводности такого бетона зависит от вида заполнителя.
Так как в бетоне образуются поры, сообщающиеся между собой, то для теплозащиты помещений стены зданий из крупнопористого бетона обязательно отштукатуривают с двух сторон. Марки крупнопористого бетона определяют так же, как и тяжелого.