Бетоны
Бетон – это камневидный искусственный строительный материал, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущих, заполнителей и необходимых добавок.
Бетоны классифицируют по назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.
По назначению бетоны подразделяют на конструкционные (большая часть бетона), которые используют для изготовления несущих и ограждающих конструкций всех зданий и сооружений и специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и т.д.), применяемые для возведения специальных конструкций или элементов конструкций.
По виду вяжущего бетоны могут быть на основе цементных, известковых, шлаковых, гипсовых и специальных вяжущих (на основе полимеров, фосфатов, жидкого стекла).
По виду заполнителя различают бетоны: плотные (на основе щебня, гравия и др.), пористые (на основе пемзы, вулканических шлаков и туфов, известняков и др.), специальные (на основе шамота и др.).
По виду структуры бетоны бывают плотные, поризованные (с пено- или газообразующими добавками), ячеистые (с искусственными равномерно распределенными порами, образованными газо- и пенообразователями), крупнопористые (с частично заполненным пространством зернами крупного заполнителя).
Требования к качеству бетонов устанавливаются стандартами на разновидности бетонов, в стандартах и технических условиях на сборные бетонные и железобетонные изделия, в рабочих чертежах монолитных бетонных и железобетонных конструкций.
Прочность бетона зависит от следующих факторов:
1) вид и качество применяемых в бетоне цемента и заполнителей;
2) состав бетона;
3) технологические факторы (возраст бетона, условия приготовления, уплотнения, твердения).
Прочность бетона, приготовленного из неизменных материалов, зависит только от водоцементного соотношения и не зависит от остальных параметров состава (закон водоцементного отношения). С увеличением водоцементного отношения прочность бетона снижается.
По показателям прочности бетона установлены их гарантированные значения – классы (марками):
-по прочности на осевое сжатие – М50; М100; М500 (цифры соответствуют прочностям на сжатие В5; В10; В50 мПа);
-на растяжение установлены следующие классы бетона: Вt 0,4; Вt 0,8; Вt1,2- Вt 4,0;
-по морозостойкости – Мрз 50(F50); Мрз 100(F100) – Мрз1000 (F 1000) (цифры соответствуют количеству циклов и т.д. переменного замораживания и оттаивания, после которого его свойства не меняются);
- по водонепроницаемости – W2, W6, W10 – W20 (цифры соответствуют гидравлическому давлению воды 0,2; 0,6; 1,0 мПа и т.д., при котором не происходит просачивания воды).
На водонепроницаемость оказывают влияния следующие факторы.
1. Вид цемента. ППЦ даёт более водонепроницаемый бетон, чем ШПЦ и ПЦ.
2. Вид добавок. Поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость бетона, т.к. создают в основном замкнутые поры.
3. Водоцементное отношение. Чем выше В/Ц, тем ниже водонепроницаемость. По зависимости W= 
(В/Ц) определяют В/Ц, обеспечивающую заданную водонепроницаемость бетона Wзад.
4. Режим твердения. Оптимальный тепловлажностный режим твердения благоприятно отражается на водонепроницаемости бетона.
5. Степень уплотнения. Чем плотнее уплотнена бетонная смесь в процессе укладки, тем выше водонепроницаемость бетона.
При использовании пористых заполнителей прочность бетона (его класс) зависит от марки применяемого заполнителя.
Тяжёлый бетон (средняя плотность 1800 – 2500 кг/м3) является одним из основных строительных материалов. Его широко применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, для возведения монолитных сооружений различного назначения. Для приготовления тяжёлых бетонов применяют ПЦ и его разновидности.
Заполнители занимают до 80% объема бетона и существенно влияют на его прочность, долговечность и стоимость, за счет заполнителя сокращается расход цемента, повышается прочность бетона, увеличивается долговечность сооружений.
Заполнители для бетона делятся на мелкие (песок) и крупные (щебень и гравий). Зерновой состав, прочность и чистота заполнителя существенно влияет на свойства бетона.
[Наибольший эффект достигается при использовании кварцевых песков с шероховатой поверхностью зерен. Такие пески, благодаря большому сцеплению с цементным камнем, повышают прочность бетона.]
Гравий для бетонов предпочтительней с зернами малоокатанной формы, имеющей лучшее сцепление с цементным камнем.
Щебень лучше по форме близкий к кубу или тетраэдру. Щебень не должен содержать примесей глины и других примесей, которые ухудшают качество бетона.
Для затворения бетонной смеси и поливки бетона используют воду без примесей: солей и кислот, препятствующих нормальному твердению бетона.
Однородность смеси обусловлена связностью, исключающей отделение из смеси составляющих и воды. Необходимая связность и водоудерживающая способность бетонной смеси достигается правильным подбором её состава.
Удобоукладываемость – способность смеси легко заполнять объем формуемого изделия или конструкции, сохраняя при этом монолитность и однородность строения бетона. Её оценивают по показателям подвижности (текучести) и жесткости. В зависимости от показателей удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на категории от особо жесткой (Ж1) до литой (ПЧ). Удобоукладываемость характеризуется осадкой конуса (ОК) или показателем жёсткости (Ж). Удобоукладываемость назначается в проекте производства работ в зависимости от массивности конструкции, густоты армирования, способов транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.
Подвижностью бетонной смеси называется её способность растекаться под действием собственной массы с сохранением видимой однородности. Подвижность характеризуется показателем подвижности, т.е. осадкой конуса (конус Абрамса), отформованного из бетонной смеси.
Подвижность бетонной смеси, укладываемой в монолитные конструкции, должна соответствовать следующим величинам, в см:
-подготовка под фундаменты и полы – 1;
-полы, неармированные и малоармированные конструкции, фундаменты, конструкции, бетонированные в опалубке - 1 – 3;
-массовые армированные конструкции, плиты, балки, колонны большого и среднего сечения – 3 – 5;
-тонкие стенки, колонны, бункеры, силосы, балки, плиты толщиной до 120 мм и элементы, сильно насыщенные арматурой конструкций: горизонтальных – 6 – 8, вертикальных – 8– 10;
-конструкции, бетонируемые в скользящей опалубке – 6 – 8.
Жесткость бетонной смеси определяют по времени вибрации в секундах, необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе Вебе для определения её жесткости.
[Подвижность и жесткость бетонной смеси периодически проверяют на пробах, отбираемых из приготовленной бетонной смеси при её выгрузке из бетоносмесителя и на месте укладки]
По удобоукладываемости бетонные смеси подразделяются на марки.
Таблица 1-Марки бетонов
| Марка бетонной смеси | Характеристика | Показатель удобоукладываемости | ||
| Жёсткость,с | Осадка конуса,см | Расплыв конуса,см | ||
| СЖ3 | Сверхжёсткие | Более 100 | - | - |
| СЖ2 | 51-100 | - | - | |
| СЖ1 | 41-51 | - | - | |
| Ж4 | Жёсткие | 31-40 | - | - |
| Ж3 | 21-30 | - | - | |
| Ж2 | 11-20 | - | - | |
| Ж1 | 5-10 | - | - | |
| П1 | Пластичные | 4 и менее | 1-4 | - |
| П2 | - | 5-9 | - | |
| П3 | Литые | - | 10-15 | - |
| П4 | - | 16-20 | 26-30 | |
| П5 | - | 21 и более | 31 и более |
Расслаиваемость – разделение бетонной смеси на отдельные слои заполнителей, растворной части и воды – характеризуется двумя параметрами: водоотделением и раствороотделением. Обычно расслаиваемость устраняют увеличением доли песка в массе заполнителей.
Водоотделение – это состояние бетонной смеси в состоянии покоя, когда твёрдые частицы оседают вниз, а избыток воды вытесняется вверх.
Водоотделение сопровождается образованием в бетоне вертикальных капиллярных ходов, снижающих его водонепроницаемость.
Водоудерживающая способность – это предельное содержание воды в бетонной смеси, выше которого наблюдается водоотделение.
Водосодержание определяет удобоукладываемость бетонной смеси. Чем ниже водосодержание, тем больше жесткость и меньше подвижность бетонной смеси. Изменение расхода цемента при данном водосодержании в определенных пределах почти не влияет на жесткость или подвижность бетонной смеси.
Для улучшения свойств бетона применяют различные добавки. По виду и назначению добавки разделяют на следующие группы: ускорители твердения; поверхностно-активные; пено- и газообразователи; комбинированные; специальные.
На подвижность бетонной смеси влияют следующие факторы.
1. Вид цемента. Чем меньше водопотребность цемента, тем выше подвижность бетонной смеси.(ППЦ имеет повышенную водопотребность, придаёт бетонной смеси меньшую подвижность, чем ПЦ или ШПЦ)
2. Вид заполнителя. Заполнители с окатанными, гладкими зёрнами придают большую подвижность бетонной смеси, чем заполнители с угловатыми, шероховатыми зёрнами.
3. Размер зёрен заполнителя. Чем он больше, тем выше подвижность бетонной смеси.
4. Вид добавок. Подвижность бетонной смеси повышают введением пластифицирующих добавок.
5. Параметры состава бетона: В/Ц (при постоянных Ц и r, где r – смесь заполнителей). С увеличением В/Ц (при постоянных Ц и r) ОК (осадка конуса) возрастает в результате разжижения цементного теста, играющего роль смазки в бетонной смеси. С увеличением Ц (при постоянных В/Ц и r) ОК также увеличивается, т.к. растёт количество теста при неизменной его густоте. Влияние параметра r (при постоянных В/Ц и Ц)характеризуется наличием максимума, которому соответствует значение r, называемое оптимальным. При r = rопт. требуется минимальное количество цемента, чтобы обеспечить заданную подвижность. Снижение ОК с ростом r (при r 
rопт.) вызвано суммарной поверхностью зёрен при замене крупного заполнителя песком, что уменьшает толщину прослоек теста между зёрнами. При этом вязкость теста и его количество в бетонной смеси остаётся неизменными. При малом содержании песка в бетонной смеси (при r 
rопт.) она оказывается не удобообрабатываемой. После снятия формы конус бетонной смеси либо стоит, не осаждаясь, либо рассыпается.
На морозостойкость бетона влияют следующие факторы.
1. Вид цемента. Наиболее морозостойкий бетон получается на портландцементе. На ШПЦ и особенно на ППЦ получаются не морозостойкие бетоны.
2. Минералогический состав цемента. Повышенное содержание С3А в цементе снижает морозостойкость бетона.
3. Структура пористости. Морозостойкость бетона тем выше, чем меньше объём сообщающихся открытых для воды пор и чем меньше их размеры. Рост замкнутой пористости не оказывает отрицательного влияния на морозостойкость.
4. Добавки к бетону. Для повышения морозостойкости в бетон вводят воздухововлекающие добавки. При этом истинная пористость хотя и увеличивается на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%, т.к. уменьшается доля открытых пор.
5. Состав бетона. Из 3-х параметров состава бетона наибольшее влияние на морозостойкость оказывает водоцементное отношение: чем оно выше, тем ниже морозостойкость бетона.
Тепловыделение бетона обусловлено экзотермической реакцией между водой и цементом. В результате происходит саморазогрев бетонных конструкций при твердении. В центральной части массивных бетонных блоков температура может доходить до 60-800С, в то время как температура поверхности за счёт охлаждения воздухом значительно ниже. Саморазогрев бетона может вызвать термические напряжения и образования трещин. Для снижения температуры разогрева уменьшают тепловыделение бетона, охлаждают заполнители и воду перед затворением бетонной смеси, применяют охлаждение бетона водой, пропускаемой по заделанным в бетоне трубам. Для снижения тепловыделения применяют цемент с пониженной экзотермией (малым содержанием С3А и С2 S) и сокращают его расход в бетоне.
Коррозия бетона
Коррозией бетона называются химические процессы, приводящие к снижению его технических свойств. В химическое взаимодействие с природной водой вступают в основном продукты гидратации ПЦ, в первую очередь – Ca(OH)2, причиной чего является сравнительно высокая растворимость Ca(OH)2 в воде – до1,3г CaO в 1л. Пока в растворе поддерживается такая концентрация извести, остальные продукты гидратации ПЦ не могут переходить в раствор, т.к. для них он является пересыщенным. Только когда концентрация извести понизится, начнётся растворение гидросиликата и гидроалюмината кальция.
Выщелачивающая коррозия
Она заключается в физическом растворении Ca(OH)2 и вымывании его из бетона. Этот процесс называется выщелачиванием. Выщелачивающая коррозия существенно уменьшается, если вода жёсткая, т.е. в ней присутствуют соли кальция и магния: Ca(НСO3)2 и Mg(НСO3)2, которые взаимодействуют со свободной известью и образуют нерастворимые соединения, препятствующие растворению Ca(OH)2.
Общекислотная коррозия
Под воздействием кислоты вместо Ca(OH)2 образуется хорошо растворимая соль, вымываемая из бетона, например CaCl2: Ca(OH)2 + 2HCl= CaCl2+2H2O
Это ведёт к исчезновению из бетона кристаллического сростка Ca(OH)2. Показателем агрессивности является кислотность воды, выражаемая рН. Чем меньше рН (при рН 
), тем опаснее вода.
Углекислая коррозия
При достаточной концентрации СО2 в природной воде Ca(OH)2 превращается в хорошо растворимый бикарбонат кальция Ca(НСO3)2, вымываемый из бетона. Опасной является не вся углекислота, содержащаяся в воде, а только та часть, которая называется агрессивной. Концентрация агрессивной углекислоты принята за показатель агрессивности. Чем он больше, тем опаснее вода.
Магнезиальная коррозия
При содержании в воде растворимых солей магния, например MgCl2, MgSO4 и других может происходить обменная реакция: Ca(OH)2+ MgCl2→ Mg(OH)2+ CaCl2. Гидроксид магния, заменяющий Ca(OH)2, нерастворим, но образует рыхлую массу, что ведёт к снижению прочности бетона. Чем больше концентрация в воде ионов магния, тем опаснее вода.
Аммонийная коррозия
Почти все соли аммония хорошо растворимы и полностью диссоциируют в воде. В растворе ионы 
и ОН- связываются в почти недиссоциирующий гидрат аммиака, в результате чего возникает кислая среда: + H2O= NH4OH+H+ .В результате аммонийная коррозия протекает так же, как и общекислотная, с образованием вместо Ca(OH)2 растворимых солей кальция, вымываемых из бетона: Ca(OH)2+ 
=Са2++2NH4OH. Концентрация является показателем агрессивности. С её увеличением усиливается опасность воды.
Щелочная коррозия
При большом содержании в воде щёлочей КОН и NOH растворимость Ca(OH)2 значительно снижается, что приводит к гидролизу (разложению водой) гидросиликатов и гидроалюминатов кальция и образованию хорошо растворимых щелочных алюминатов и силикатов: Na2O .Al2O3.4H2O и Na2Oх SiO2 .9H2O. В результате из бетона исчезают гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Чем больше в воде К+ и Na+ , тем опаснее вода, эта концентрация является показателем агрессивности.
Сульфатная коррозия
Из анионов, содержащихся в природной воде, агрессивное действие на бетон оказывает анион 
. В процессе коррозии участвует гидроалюминат кальция: 3CaO .Al2O3 .6H2O .3Ca2+ + 3 +25H2O →3CaO. Al2O3 .3CaSO2 х31H2O
Катионы кальция поступают для реакции в результате растворения Ca(OH)2. Образующаяся комплексная соль, называемая гидросульфоалюминатом кальция (ГСАК), имеет объем в несколько раз больший, чем объём исходных продуктов в бетоне. Это является причиной растрескивания бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде аниона . Чем он больше, тем опаснее вола.
Общесолевая коррозия
При испарении воды из бетона в его порах остаётся твёрдый остаток, образующийся из растворённых в воде солей. Постоянное поступление воды в бетон и последующее её испарение с открытых поверхностей приводит к накоплению твёрдого осадка и росту кристаллов соли в порах бетона. Этот процесс сопровождается расширением и растрескиванием бетона. Показателем агрессивности является концентрация в воде солей и едких щелочей. Чем выше эта концентрация, тем опаснее вода.
Методы борьбы с коррозией
Существуют следующие способы.
1. Применение сульфатостойких цементов. (сульфатостойкий ПЦ, сульфатостойкий ПЦ с минеральными добавками, сульфатостойкий ШПЦ, ППЦ)
2. Повышение водонепроницаемости бетона. Осуществляется применением цементов с малой водопотребностью, уменьшением водоцементного отношения, уплотнением бетонной смеси при укладке,
Введением ПАВ, понижающих долю открытой пористости.
3. Применение различных видов гидроизоляции.
4. Гидрофобизация- вид защиты бетона, при котором вода не может проникнуть в открытые поры, а воздух и водяной пар свободно в них перемещаются, что позволяет бетону просыхать. Обработка специальными составами, образующими водоотталкивающую плёнку.
Проектирование состава бетона
Проектирование состава бетона заключается в нахождении параметров В/Ц, r и Ц. Если заполнители рассеиваются более, чем на две фракции, то нужно находить не только долю песка r от массы заполнителей, но и долю каждой фракции, т.е. зерновой состав заполнителей, который должен быть оптимальным. Запроектированный состав бетона должен обеспечить заданные в проекте сооружения свойства бетона (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость) и заданные в проекте производства работ свойства бетонной смеси (удобоукладываемость, жизнеспособность) при наименьшем расходе цемента.
Для определения параметров состава бетона надо:
-определить В/Ц;
- определить rопт.;
-определить расход Ц.
Добавки к цементным бетонам и растворам
Применение химических добавок позволяет существенно влиять на цементные растворы и бетоны, повышая их качество и придавая им специфические свойства. Добавки могут быть природными или искусственными (основной или побочный продукт производства). По химическому составу они делятся на минеральные (растворимые в воде и нерастворимые) и органические. К нерастворимым относят активные минеральные добавки, а к растворимым – добавки, ускоряющие твердение бетона, и противоморозные добавки. Из добавок органического происхождения применяются в основном различные ПАВы.
Добавки, ускоряющие твердение бетона – это обычно растворимые в воде соли серной, соляной, угольной, азотной и др. кислот. Практическое значение имеют хлорид кальция, поташ, нитрат кальция и натрия и др. Эти добавки являются сильными ускорителями, но могут вызывать коррозию арматуры, расширение и растрескивание бетона, понижать морозостойкость.
Для повышения эффективности добавок их часто делают комплексными, т.е. составленными из нескольких индивидуальных веществ.
В качестве противоморозных добавок используются в основном те же соли, что и для ускорения твердения цемента, помимо этого используется мочевина и комплексные противоморозные добавки: НКМ – нитрат кальция + мочевина (1:1), ННКМ – нитрит-нитрат кальция + мочевина (3:1), ННХКМ – нитрит-нитрат-хлорид кальция + мочевина (3:1). Чем ниже температура твердения бетона, тем больше должна быть концентрация противоморозных добавок в вводе затворения. В ж/б конструкциях не используются добавки хлоридов.
Поверхностно-активные (ПАВ) вещества, применяемые в качестве добавок подразделяют по их действию на:
1) пластифицирующие;
2) замедляющие схватывание и твердение;
3) воздухововлекающие;
4) антивспенивающие;
5) гидрофобизующие;
6) водоудерживающие (загустители).
Пластифицирующие добавки повышают подвижность бетонной смеси, позволяя получить заданную ОК при меньшем расходе воды(В). Если при этом сохранить расход цемента Ц неизменным (понизить В/Ц), то возрастёт прочность бетона; если сократить расход цемента (при В/Ц=const), снизится стоимость бетона. По эффективности действия эти добавки подразделяют на обычные пластификаторы (позволяющие снизить расход воды на 5-15%) и суперпластификаторы (позволяющие снизить расход воды на 20-30%). Обычные пластификаторы получают из побочных продуктов производства. Они, наряду с полезными веществами, содержат вещества, отрицательно влияющие на прочность и скорость твердения бетона. Поэтому концентрацию таких добавок делают не выше 0,2-0,3% от массы цемента, что ограничивает и пластифицирующий эффект. Широко применяются лигносульфонаты кальция и натрия (ЛСТ- лигносульфонаты технические), получаемые как побочный продукт производства бумаги. Свойства этих добавок нестабильны, их очищают, чтобы получить лигносульфиты технические модифицированные (ЛСТМ) типа ХДСК, НИЛ-20, 21, «Окзил» и др. Суперпластификаторы (СП) получают на химических предприятиях как товарный продукт, не содержащий вредных примесей. Их концентрацию можно повышать до 1% и более без ущерба для бетона. Из суперпластификаторов наиболее эффективными являются:
1) водорастворимые сульфонированные меламинформальдегидные смолы (СМФ): суперпластификаторы 10-03, смола МФ-АР, Melment L10 и F10, Complast M1 и др.
2) водорастворимые сульфонированные нафталинформальдегидные смолы(СНФ): разжижители С-3 и СМФ, «Дофен», суперпластификаторы НКНС, Agilplast, Cormix Spi, Blankol N, Tamol N и др.
Оба типа добавок замедляют схватывание: СМФ – незначительно, а СНФ – значительно. Адсорбционная плёнка, состоящая из молекул СП и покрывающая частицы цемента, уменьшает силы трения между частицами и облегчает их взаимное скольжение друг относительно друга.
Добавки, замедляющие схватывание и твердение, применяют, когда времени до начала схватывания недостаточно для транспортирования и укладки бетонной смеси. Замедляющими свойствами обладают сахароза, цитрат кальция, глюконат натрия, лигносульфонат кальция и другие органические вещества. Добавка 0,1% сахарозы от массы цемента отодвигает начало схватывания с 4 до 14 часов, а 0,25% - задерживает схватывание до 6 дней.
Воздухововлекающие добавки адсорбируются на поверхности раздела вода – воздух. При перемешивании происходит захват воздуха и образование пены. Воздухововлечение несколько снижает прочность бетона, но повышает его морозостойкость, водонепроницаемость и стойкость против коррозии. Это связано с возрастанием доли замкнутых пор и снижением капиллярной пористости. Истинная пористость возрастает на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%. Вовлечение воздуха повышает удобоукладываемость бетонной смеси, что позволяет уменьшить В/Ц и частично или полностью скомпенсировать потерю прочности. В качестве воздухововлекающих добавок используются ПАВ различного химического строения. В продажу поступают щелочной сток производства капролактама (ЩСПК); смола омыленная водорастворимая (ВЛХК); понизитель вязкости фенольный лесохимический (ПФЛХ); нейтролизованный чёрный контакт (НЧК); сульфатный чёрный щёлок (ЧЩ); подмыленный щёлок (ПМЩ) и др.
Антивспенивающие добавки применяют совместно с пластификаторами, когда воздухововлекающий эффект последних является нежелательным, при этом обеспечивается совместимость компонентов в комплексе. В качестве пеногасителей для пластификатора НИЛ – 21используется пропинол Б-400, кремнийорганические жидкости 115-99 и 139-104, а также технический рыбий жир (ТРЖ).
Гидрофобизующие кремнийорганические соединения (КОС), используемые в качестве добавок к бетону, могут быть водонерастворимыми или водорастворимыми. Из водонерастворимых применяются гидрофобизующие кремнийорганические жидкости (ГКЖ), образующие водную эмульсию, например ГКЖ -94. Из водорастворимых широкое применение нашли ГКЖ -10, ГКЖ -11. Эти добавки выпускают также в порошке (ГКП -10 и ГКП -11) и в виде кристаллов(ЭСНК и МСНК), что позволяет их применять в сухих смесях. Наилучшей гидрофобизующей способностью обладают алюмосиликонаты натрия. Силиконаты и алюмосиликонаты натрия обладают умеренно выраженным пластифицирующим и воздухововлекающим действием и в оптимальных дозировках (0,1-0,3% от массы цемента) позволяют снизить водопотребность бетонной смеси на 13-16% при сохранении заданной подвижности. Прочность бетона с увеличением дозировки силиконатов и алюмосиликонатов натрия от 0 до 0,2% возрастает на 15-25%, а при последующем увеличении количества добавок начинает снижаться.
Твердение бетона в зимних условиях
При отрицательной температуре вода в бетоне замерзает и твердение его практически прекращается. Объём льда почти на 9% больше объёма воды, поэтому замораживание вызывает повреждение структуры бетона и нарушает сцепление заполнителя с цементным камнем, что особенно опасно в раннем возрасте, когда прочность бетона ещё не особенно высока. Конечная прочность снижается тем сильнее, чем раньше происходит замораживание бетона. Бетон, замороженный до начала схватывания, после оттаивания нормально твердеет практически без потери прочности. Существует критический возраст (критическая прочность) бетона, после достижения которого замораживание не снижает прочности. Считается, что бетон должен набрать 50-75% проектной прочности, чтобы замораживание не сопровождалось деструктивными процессами. При зимнем бетонировании стремятся отсрочить замерзание бетона до достижения критической прочности.
Способы зимнего бетонирования
Способ термоса основан на снижении теплопотерь путём устройства теплозащиты бетона (утепления опалубки, покрытия теплоизоляционными материалами). Начальную температуру бетонной смеси доводят до 35-450С, подогревая воду и заполнители до 50-900С. При этом положительная температура сохраняется в течение 3-5 суток, необходимых для набора бетоном требуемой прочности. Также применяют предварительный электронагрев бетонной смеси в бункере.
Искусственный подогрев бетона электрическим током, или тёплым воздухом используют при бетонировании тонких конструкций (балок, колонн, свай и т.п.). Этот способ дороже способа термоса, но обеспечивает через сутки 60-70% проектной прочности бетона.
Способ незамерзающего бетона основан на понижении температуры замерзания воды с помощью противоморозных добавок, которые также ускоряют твердение бетона. Широко используются соли органических кислот, например формиат натрия. Совместно с электролитами могут использоваться добавки ПАВ. При зимних работах используют быстротвердеющий ПЦ и глинозёмистые цементы.
Комбинированные способы представляют собой различные сочетания указанных выше способов: способ термоса с периферийным электрообогревом, способ термоса и способ незамерзающего бетона и др.
Специальные виды тяжелых бетонов
Это гидротехнические, дорожные, кислотоупорные, жаростойкие и бетоны для защиты от радиоактивных воздействий. Данные бетоны отличаются от обычных составом вяжущих и заполнителей, введением добавок.
Гидротехнический бетон отличается повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью против коррозии. Приготавливают его на сульфатостойком и пуццолановом ПЦ с применением высококачественных заполнителей и введением тонкомолотых гидравлических и инертных добавок, а так же пластифицирующих и гидрофобных добавок.
По прочности на сжатие в возрасте 180 суток гидротехнический бетон делят на классы: B5, B7, B10, B15, B20, B25, B30, B40.
По водонепроницаемости в том же возрасте делятся на 4 марки: W2; W4; W6; W8. Бетоны марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2 МПа и соответственно остальные – 0,4; 0,6; 0,8 МПа.
По морозостойкости делят на 5 марок: F50; F100; F150; F200; F300 (после соответствующих циклов замораживания и оттаивания прочность бетона снижается не более чем на 25%).
Бетон для дорожных и аэродромных покрытий
Этот бетон должен обладать теми же свойствами, что и гидротехнический, но иметь дополнительно повышенную износостойкость, повышенную прочность на растяжение при изгибе, достаточную прочность при сжатии и морозостойкость. Для его приготовления используют пластифицированный или гидрофобный ПЦ. В качестве крупного заполнителя используется гранитный щебень.
Кислотоупорный бетон
Кислотоупорный бетон специального назначения служит для облицовки аппаратуры на предприятиях химической промышленности. Приготовляют его на кислотоупорном цементе и кислотостойких заполнителях (кварците или андезите) и затворяют жидким стеклом.
Жаростойкий бетон
Обычный бетон на ПЦ может выдержать температуру до 2000С. При длительном воздействии такой температуры прочность его снижается на 25-45%. При более высокой температуре применяют специальные бетоны, которые подразделяются на жаростойкие (t0 до 15800С), огнеупорные (t0 выше 15800С). Их применяют в конструкциях агрегатов и оборудования предприятий чёрной и цветной металлургии, теплоэнергетики, химической промышленности, керамического производства. Жаростойкость бетона зависит от вида вяжущего и природы заполнителей. При нагреве бетона до температуры 5000С снижение прочности происходит в основном в результате несовместимости температурных деформаций заполнителей и цементирующего камня с выделением кристаллизационной воды. Для приготовления жаростойкого бетона используют глинозёмистый цемент, ПЦ, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия, заполнителями служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов(бой шамотный и керамического кирпича), базальт, диабаз, андезит. При использовании пористых заполнителей (керамзита, вспученного перлита, вермикулита) получают лёгкий жаропрочный бетон с γ<1200 кг/м3. ПЦ с активной минеральной добавкой и ШПЦ применяют до температуры 700-9000С, глинозёмистый цемент – до 15800С, а высокоглинозёмистый цемент – до1740-17700С, на основе жидкого стекла – до 16000С.
Бетон для защиты от радиоактивных воздействий
Предназначен для облицовки ядерных реакторов. При работе стационарных ядерных реакторов, ускорителей частиц, радиохимических и облучающих установок несущая бетонная конструкция выполняет также функцию защиты окружающей среды от радиоактивного излучения и потока нейтронов. Защита сводится к решению трёх задач:
1) замедление быстрых нейтронов;
2) захват промежуточных и тепловых нейтронов;
3) поглощение всех видов γ–излучения.
Бетоны для биологической защиты имеют плотность до 6000 кг/м3, что достигается применением особо тяжёлых заполнителей, таких как магнетит, гематит, бурый железняк, чугунной дроби с добавками карбида, бора, хлористого лития, металлического скрапа. Приготавливают на обычном ПЦ, ШПЦ или глиноземистом цементе.
Легкие бетоны
К большой группе легких бетонов, имеющих среднюю плотность до 1800 кг/м3, относятся бетоны на пористых заполнителях, крупнопористые и поризованные бетоны, ячеистые бетоны.
Бетоны на пористых заполнителях имеют плотную структуру, изготовляются на цементном вяжущем, на крупном пористом и мелком плотном или пористом заполнителе; твердеют в любых условиях.
Бетоны на пористых заполнителях позволяют снизить массу строительных изделий и конструкций за счет меньшей средней плотности бетона, меньшего сечения конструкции, обусловленного снижением средней плотности и лучшими теплотехническими качествами бетона. По назначению легкие бетоны делятся на конструкционные, конструкционно-теплоизоляционные и теплоизоляционные.
Бетоны на пористых заполнителях изготовляют на природных пористых заполнителях и искусственных.
Природные пористые заполнители получают дроблением и сортировкой пористых горных пород. К пористым породам вулканического происхождения относятся: пемза (застывшая пенистая лава), вулканический туф(результат спекания раскалённых пепла и песка), туфовая лава(вспененная лава с вкраплениями частиц вулканического пепла, песка, пемзы). Из осадочных пород – известковый туф и известняк-ракушечник.
Искусственные пористые заполнители получают путём вспенивания расплавов или вспучивания при нагревании до пиропластического состояния твёрдых материалов, обладающих способностью образовывать пористые структуры. К этим заполнителям относится керамзитовый гравий, керамзитовый песок, шунгизитовый гравий, безобжиговый зольный гравий(получают от сжигания твёрдого топлива на ТЭЦ), термолит(получают обжигом трепела и диатомита), аглопорит (получают при термической обработке смеси глинистых пород, зоошлаковых отходов и измельчённого угля), шлаковая пемза- термозит (пористый щебень и песок, получаемый из доменного шлака), перлит вспученный в виде песка и щебня(получают быстрым обжигом кислых вулканических водосодержащих стёкол(обсидиан, витрофир)), вермикулит вспученный – особо лёгкий материал(получают в виде гранул, вспученных поперёк пластинок слюды-вермикулита паром выделяющейся гидратной воды).
Конструкционные бетоны со средней плотностью 1400 кг/м3 применяют в мостостроении при изготовлении ферм, балок, плит перекрытий и т.д. Они обладают большей деформативностью, но существенно легче других бетонов. Поэтому их предпочтительней использовать в сейсмостроительстве.
Конструкционно-теплоизоляционные бетоны со средней плотностью до 1400 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности 0,18-0,64 Вт/(м.С) сочетают способность нести небольшую нагрузку и хорошие теплоизоляционные свойства. Эти качества определили их использование в крупнопанельном гражданском и промышленном строительстве в виде ограждающих конструкций (панелей наружных стен).
Теплоизоляционные бетоны
Теплоизоляционные бетоны плотностью 500-800 кг/м3 применяют ограниченно – преимущественно в совмещённых покрытиях в виде теплоизоляционных плит, блоков, при устройстве подготовки под полы в гражданских зданиях.
Легкие бетоны на пористых заполнителях приготовляют, используя минеральные вяжущие вещества, воду, добавки, крупные и мелкие заполнители – природные и искусственные пористые.
Ячеистые бетоны
Представляют собой искусственный пористый камень с равномерно распределенными порами размером не более 2 мм. Эти бетоны получают из смеси вяжущего, воды, тонкомолотого кремнеземистого компонента и порообразователя. Путем химической поризации получают газобетон, для чего в смесь вводят газообразующие добавки (алюминиевую пудру), которые, реагируя с компонентами вяжущего (известью), образуют газ, более или менее равномерно вспучивающий всю массу. Для получения пенобетона в специальных смесителях с быстровращающимися лопастями из воды с пенообразователем (CHB, 1K и др.) формируют устойчивую пену, которая, смешиваясь со смесью вяжущего, тонкомолотого кремнеземистого компонента и воды, об