Особые виды портландцемента





Быстротвердеющий портландцемент представляет собой минеральное вяжущее, которое содержит C3 S около 50...60 % С3А - 8...14 %. При повышенном содержании С3А увеличивают добавку гипса. Тонкость помола 3500...4000 см2/г.

Быстротвердеющий портландцемент обладает более интенсивным нарастанием прочности в начальный период твердения; при этом в возрасте 1 суток прочность его должна быть не менее 20 МПа, 3 суток - не менее 30 МПа.

Пластифицированный портландцемент приготавливают путем введения при помоле клинкера поверхностно-активных пластифицирующих добавок. В качестве пластифицирующей добавки обычно применяют сульфитно-дрожжевую бражку (сдб) в количестве 0,15...0,25 % (в пересчете на сухое вещество). Пластифицирующие добавки придают цементному тесту большую подвижность, что позволяет снизить количество воды затворения, а это, в свою очередь, позволяет несколько уменьшить расход цемента в строительном растворе и бетоне. В то же время пластифицирующие добавки несколько увеличивают водопроницаемость и понижают морозостойкость цементного камня. Пластифицированные цементы выпускают марок 400 и 500.

Гидрофобный портландцемент изготавливают совместным помолом цементного клинкера и гидрофобных поверхностно-активных добавок (0,15...0,3 %). В качестве таких добавок применяют мылонафт, асидол, олеиновую кислоту и др. Эти вещества, сорбируясь на поверхности зерен цемента, создают гидрофобную пленку, которая понижает способность цемента взаимодействовать с влагой воздуха. В результате гидрофобный цемент не снижает активность и не комкуется при хранении и менее чувствителен к влажной воздушной среде.

При затворении гидрофобного цемента водой поверхностно-активные добавки вступают в реакцию с Са(ОН)2, образуют микропены, в результате чего происходит воздухововлечение. Цементное тесто при этом получается более пластичным, а цементный камень более морозостойким.

Сульфатостойкий портландцемент - продукт тонкого помола клинкера, имеющего пониженное содержание С3А (не более 5 %), C3 S (не более 50 %) и глиноземный модуль не менее 0,6; сульфатостойкий портландцемент выпускают марок 400 и 500. Его применяют для бетонных и железобетонных элементов сооружений, подвергающихся воздействию агрессивных (сульфатных) вод, а также переменному увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаиванию. Для элементов сооружения, работающих в морской воде, предпочтительно применять сульфатостойкий портландцемент.

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее, получаемое совместным помолом портландцементного клинкера повышенного качества с 20...50 % активных добавок и природного гипса. Гипса добавляют столько, чтобы содержание SО3 в цементе не превышало 3,5 %. Количество добавок зависит от ее активности. Например, трепела добавляют 20...30, вулканических пород (пемзу, пепел, туфы, трассы) - 25...40 %.

Пуццолановый портландцемент выпускают марок 300 и 400 плотностью 2700...2900 кг/м3. Из-за того, что в пуццолановых цементах меньше гидроалюмината кальция и гидратной извести, они обладают большей стойкостью к проточным и слабоминерализованным водам. Наряду с этим частицы активной добавки при взаимодействии с гидратной известью, образующейся при твердении цемента, во влажной среде набухают, что обуславливает уплотнение бетона. Это также способствует большей устойчивости бетонов на пуццолановых цементах, так как повышенная плотность препятствует проникновению воды в тело бетона.

Шлакопортландцемент- продукт тонкого совместного помола портландцементного клинкера с 20...60 % доменного гранулированного шлака и гипса (не более 3 % при пересчете на SО3). Гранулированный шлак по химическому составу приближается к портландцементу, но содержит меньше СаО и больше глинозема и кремнезема. Кроме окислов СаО, SiО2 и Al2О3, шлаки содержат в небольшом количестве MgO, М nО, FeO, CaS, FeS.

Шлакопортландцемент может быть получен также путем тщательного смешения раздельно измельченных компонентов. Этот цемент, по сути, является разновидностью пуццоланового портландцемента, в котором активной добавкой служит доменный гранулированный шлак. Шлакопортландцемент, в основном, имеет те же показания, что и пуццолановый портландцемент.

Активность шлакопортландцемента со временем понижается быстрее, чем портландцемента, поэтому его не рекомендуется долго хранить на складах.

Расширяющийся цементизготавливают путем смешения глиноземистого цемента 65...75 % и расширяющейся добавки, состоящей из 10 % высокоосновного гидроалюмината и 20 % гипса. Начало схватывания такого цемента не ранее 4 мин., а конец не позднее 10 мин. Линейное расширение во влажной среде 0,5...1,0 %, на воздухе - не менее 0,05 %. Для замедления схватывания цемента в необходимых случаях к нему добавляют сульфитно-дрожжевую бражку в количестве 0,5 %.

Глиноземистый цемент- продукт тонкого помола предварительно измельченного клинкера, полученного сплавлением или спеканием пород, богатых глиноземом, известняком, взятых в определенном соотношении.

Глиноземистый цемент содержит около 50 % глинозема, до 45 % окиси кальция, 5...10 % кремнезема и 1...15 % окиси железа.

При затворении глиноземистого цемента водой основное соединение - однокальцевый алюминат, входящий в его состав, энергично реагирует с водой, образуя

2(СаО ´А1203) + 10Н2О → 2СаО ´А12О3 ´8Н2О + А12О3 ´3Н2О

Отсутствие в затвердевшем при нормальных условиях цементе свободной гидратной извести и, как правило, трехкальциевого гидроалюмината обуславливает его устойчивость в проточных и агрессивных водах.

Глиноземистый цемент - быстротвердеющий вяжущий материал. Его марки (400, 500, 600) устанавливают по показателю прочности нормального раствора на 3 сутки. Глиноземистые цементы можно также выпускать марки 700.

При схватывании и твердении цемент выделяет много тепла. Оптимальная температура твердения 10...20 °С. При температуре более 25 °С бетон нуждается в охлаждении и усиленной поливке водой. Сроки схватывания цемента: начало - не ранее 30 мин, а конец - не позднее 12 ч.

Глиноземистый цемент применяют при срочных бетонных работах, при производстве работ зимой, восстановительных работах, для тампонажных работ и элементов бетонных сооружений, находящихся в зоне агрессивных вод.

Цементобетоны

Бетоном называют строительный материал, полученный в результате перемешивания, укладки, уплотнения и затвердевания рационально рассчитанной смеси щебня (или гравия), песка, цемента, воды и добавок. Смесь перечисленных компонентов до затвердевания называют бетонной смесью.

Основной квалификацией бетонов по структурным признакам является деление по объемной массе:

особо тяжелые с объемной массой более 2600 кг/м3 имеют сложную структуру и изготавливаются с применением заполнителей, например, стальных опилок, барита и др.;

тяжелые с объемной массой 2100...2600 кг/м3, у которых структура плотная, щебень из плотных и тяжелых горных пород или плотных металлургических шлаков, песок кварцевый;

облегченные с объемной массой 1800...2000 кг/м3 могут иметь плотную структуру, но с применением щебня из пород пониженной плотности или крупнопористую с применением щебня из плотных пород;

легкие с объемной массой 1000...1800 кг/м3, обладающие плотным или крупнозернистым строением, с применением пористого щебня и песка, шлаковой пемзы (термозита), кремнезита, перлита;

особо легкие с объемной массой менее 1000 кг/м3 с пористой структурой без щебня и песка (ячеистый бетон) или с применением пористого песка или пористого щебня в сочетании с поризованным цементным камнем.

Наибольшее распространение в строительстве получил тяжелый бетон. Его применяют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, пролетных строений и опор мостов, устройства дорожных покрытий и др.

Важной характеристикой бетона является пористость, которая в значительной степени определяет его свойства. С увеличением пористости заметно возрастают водопоглощение, водонасыщение, водопроницаемость, уменьшается прочность, морозостойкость и долговечность бетона.

Ориентировочно пористость бетонов можно определить по формуле

V пор = ( l - g о / g ). (6.4.1)

где gо- объемная масса бетона, кг/м3;

g - плотность бетона, полученная как средневзвешенная величина от плотности щебня, песка и цементного камня, кг/м3.

Обычно пористость тяжелых бетонов составляет 10... 15 %, в отдельных случаях - 5...7 %.

Водопоглощение у тяжелых бетонов колеблется в пределах 2...4 % по массе (или 5...10 % по объему).

Водонасыщение несколько больше водопоглощения. Разница между водопоглощением и водонасыщением обусловлена объемом замкнутых пор в бетоне.

Показателем водонепроницаемости бетона служит гидростатическое давление, при котором вода не просачивается через образец, испытуемый по стандартной методике. По водонепроницаемости бетоны делят на несколько марок: W 2; W 4; W 6; W 10; W 12; W 14; W 16; W 18; W 20 (цифра обозначает величину гидростатического давления, при котором вода не просачивается).

Водопроницаемость, водопоглощение и водонасыщение бетона могут быть значительно снижены, если приготовить бетон с низким водоцементным отношением при достаточном качестве цементного теста, а также введении в бетон поверхностно-активных добавок. Они видоизменяют микроструктуру бетона за счет уменьшения водопотребности бетонной смеси, вовлечения некоторого количества воздуха в поры, которые блокируют сообщение между отдельными капиллярами и микрополостями.

Прочность бетона как материала конгломератного строения зависит от прочности отдельных его составляющих, прочности сцепления между ними, а также особенностей структуры бетона в целом.

Прочность бетона прямо пропорциональна активности цемента (рис. 6.4.1). С понижением водо-цементного отношения до определенного предела прочность бетона данного состава и при данном способе уплотнения повышается.

Рис. 6.4.1. Зависимость прочности бетона от активности цемента и водо-цементного отношения

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие, осевое растяжение, растяжение при изгибе. Ведущим показателем прочности бетона и его механических свойств является класс бетона. Класс бетона характеризует предел прочности при сжатии бетонных кубов размером 15 ´ 15 ´ 15 см в возрасте 28 суток при твердении в нормальных условиях (температура 18...20°С и относительная влажность окружающей среды 90...100 %). Для тяжелых (дорожных) бетонов стандартом установлены следующие классы по прочности на сжатие (табл. 6.4.1).

Таблица 6.4.1

Требования к дорожному бетону [ 65]

Дорожные покрытия Класс бетона по прочности
на растяжение при изгибе на сжатие
Однослойные и верхним слон 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 30, 3, 40 и 45
Нижний слой двухслойных покрытий и оснований 3,5; 4,0; 4,5 25, 30 и 5
Основания усовершенствованных капитальных покрытий 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 10, 15, 20 и 25

При расчете бетонных покрытий и оснований в качестве расчетной прочности бетона принимают предел прочности на растяжение при изгибе. Марка бетона при изгибе определяется прочностью при изломе неармированных бетонных балочек размером 15 ´15 ´50 см сосредоточенными силами.

Предел прочности при изгибе Rизг и предел прочности при сжатии Rсж связаны зависимостью

(6.4.2)

где a = 0,6...0,7.

Соотношение колеблется в пределах 6...10.

Деформация бетона. Бетон является упруго-вязко-пластичным материалом, вследствие этого, при некоторой длительности действия механической нагрузки, в образце, наряду с упругими, возникают и вязко-пластические деформации.

Упругие деформации характеризуются полной упругой деформацией, а также модулем упругости

(6.4.3)

где Rсж - предел прочности бетона при сжатии, МПа.

С изменением влажности бетон претерпевает объемные изменения, если постоянно бетон находится во влажной среде, постепенно увеличивается его объем - набухание. И, наоборот, с уменьшением влажности происходит усадка. Повышенная усадка характерна для бетонов с большим содержанием цемента и водоцементным отношением (В/Ц > 0,6).

Коэффициент температурного расширения при сжатии изменяется в зависимости от состава бетона и его влажности. Для практических целей можно принять коэффициент температурного расширения бетона равным 10·10-6 на 1°С. При оценке температурных деформаций в больших массивах обычно принимают половину значения указанного коэффициента, полагая, что остальная часть компенсируется ползучестью бетона. Температурные деформации бетона создают напряжения в плитах дорожных одежд и могут вызвать трещины. Для устранения этого явления в бетонных покрытиях устраивают температурные швы.

Долговечность и морозостойкость характеризуют длительность воздействия погодно-климатических, физико-химических и механических факторов, при которых свойства бетона не ухудшаются больше допустимых пределов. К бетонным элементам конструкций предъявляют требования по морозостойкости, которую определяют путем замораживания образцов до -15...-20°С и последующего оттаивания в воде при 15...20°С. Образцы испытывают после 28 суток после пропаривания.

За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, при котором прочность образцов уменьшается не более чем на 15 % по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте и без потери по массе более 5 %. По показателям морозостойкости бетоны делятся на марки F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400 и F500.

Бетон - пористый материал, и, если все поры в нем будут заполнены водой, он разрушится уже при первом цикле замораживания вследствие возникновения больших растягивающих напряжений из-за образования льда, объем которого на 9 % больше объема воды.

Морозостойкость бетона зависит от водо-цементного отношения, вида и активности цемента, условий твердения и возраста бетона к моменту замораживания, плотности бетона, качества песка и щебня. Для морозостойких бетонов водо-цементное отношение принимают не более 0,5 и применяют портландцементы с содержанием алюмината С3А меньше 8 %. Повышают морозостойкость гидрофобные воздухововлекающие добавки, способствующие образованию условно-замкнутых пор с гидрофобной поверхностью, которые в обычных условиях не заполняются водой и служат резервными порами, куда отжимается вода при замораживании бетона.

Бетон разрушается и под влиянием физико-химического воздействия факторов среды. Коррозия зависит главным образом от коррозийной стойкости цементного камня. Чем больше поверхность (внешняя и внутренняя) бетона, соприкасающаяся с агрессивной газообразной или жидкой средой, тем энергичнее коррозия бетона. Электрический ток разрушает влажный бетон, вызывая электролиз составляющих цементный камень.

Для придания коррозийной стойкости бетону необходимо применять цементы, соответствующие агрессивности среды: шлаковый сульфатостойкий или глиноземистый, а в отдельных случаях кислотоупорный. Следует придавать большую плотность бетону, защищать его поверхность от проникновения газов и воды с растворенными агрессивными веществами, затирая поверхность изделия раствором жидкого стекла с последующей обработкой хлористым кальцием и покрывая эту поверхность битумом или дегтем, пленкообразующими или высокомолекулярными веществами.

Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь - это рационально подобранная, хорошо перемешенная жесткая или пластичная масса, из компонентов, входящих в состав бетона.

В числе требований, предъявляемых к бетону, существенную роль играют жесткость и подвижность бетонной смеси. В зависимости от состава смеси различают:

- подвижные смеси, представляющие собой пластичную массу, которая заполняет форму под действием силы тяжести и при небольшом механическом воздействии;

- жесткие смеси имеют вид рыхлой массы, в которой зерна заполнителя связаны между собой густым цементным клеем, поэтому при укладке в форму и уплотнении требуется механическое воздействие на бетонную смесь.

Жесткость (удобоукладываемость) подвижных смесей определяется по осадке их под действием силы тяжести после формования в стандартном металлическом конусе (рис. 6.4.2). Характеристикой жесткости (удобоукладываемости) пластичных смесей служит величина осадки конуса в см.

Рис. 6.4.2. Форма-конус для определения подвижности бетонной смеси:
1 - металлический конус, 2 - ручки для съема конуса, 3 - полочки для удержания конуса на месте при формовании

В жестких смесях конус не осаждается. В малоподвижных смесях осадка конуса может быть от 1 до 4 см, в подвижных - от 5 до 12 см, в литых - более 15 см.

Удобоукладываемость жестких смесей определяют путем вибрирования свежесформированного бетонного конуса в специальном приборе - вискозиметре (рис. 6.4.3). При этом вискозиметр устанавливают на виброплощадку, а установленную в нем форму конуса заполняют испытываемой смесью.

Рис. 6.4.3. Вискозиметр для определения степени удобоукладываемости бетонной смеси:
1 - цилиндрический сосуд, 2 - кольцо, 3 - кольцо 4 - конус, 5 - насадка, 6 - штанга

После снятия формы включают механизм виброплощадки. Под действием вибрации бетонная смесь приобретает свойства тяжелой жидкости. Она начинает растекаться и проникает из внутреннего кольца в пространство между стенками сосуда и кольца.

Время вибрации в секундах, потребное на то, чтобы уровень бетонной смеси в кольце и пространстве между кольцом и формой стал одинаковым, служит мерой удобоукладываемости (жидкости) бетонной смеси. При этом стандартными характеристиками виброплощадки являются частота колебаний и амплитуда.

Показатели удобоукладываемости различных видов бетонных смесей приведены в табл. 6.4.2.

Таблица 6.4.2

Показатели удобоукладываемости

Вид бетонной смеси Осадка конуса, см Жесткость, с
Особо жесткая Более 200
Жесткая 60...150
Малоподвижная 1...4 45...15
Подвижная 3...8 10...0
Весьма подвижная 10... 12 -
Текущая (литая) 15...18 -

При решении вопроса о том, какие смеси более целесообразны - подвижные или жесткие, предпочтение следует отдавать последним. Их преимущество заключается в том, что благодаря меньшему содержанию воды при одинаковом расходе цемента (по сравнению с подвижными смесями) повышается прочность бетона. Хорошо уплотненный жесткий бетон более долговечен. Кроме того, сокращаются сроки набора прочности бетоном.

Расчет состава бетона

Основная цель расчета состава - определение полного соотношения составляющих, которое обеспечит требуемые свойства бетонной смеси и бетона при минимальном расходе цемента. Выбрав материалы надлежащего качества, рассчитывают состав - расход цемента, воды, песка и щебня на 1 м3 бетона. Исходными данными являются заданная марка бетона R 6 и требуемая подвижность ОК (осадка конуса) или удобоукладываемость смеси. В необходимых случаях задаются показатели морозостойкости, водонепроницаемости и другие свойства бетона.

Состав тяжелых и дорожных бетонов рассчитывают по методу абсолютных объемов (разработан проф. Б.Г. Скрамтаевым), который сводится к решению следующих четырех уравнений с четырьмя неизвестными - расход воды В (л), цемента Ц (кг), песка П (кг) и щебня Щ (кг). Ориентировочные дозировки поверхностно-активных добавок назначают от массы цемента. Для сульфитно-спиртовой барды (ССБ) - 0,2 %, абиетина натрия (СНВ) - 0,02 %.

1. Зависимость прочности бетона от его структуры и активности цемента

R б = A1·A2·K·( Ц /B - С )R ц (6.4.4)

Решая это уравнение, определяют

(6.4.5)

Коэффициенты К, С, А1, А2 определяют по табл. 6.4.3...6.4.5.

Таблица 6.4.3

Значение коэффициентов К, С, зависящих от свойств цемента технологии приготовления цементобетонной смеси

Коэффициенты Цемент испытывался в растворе пластичной консистенции
сжатие изгиб растяжение
К С 0,58 0,50 0,42 0,30 0,21 0,30

Таблица 6.4.4

Численные значения коэффициента А1, учитывающего влияние макроструктуры

Щебень А 1 при сжатии А 1 при изгибе
пластичные смеси жесткие смеси пластичные смеси жесткие смеси
Известняковый и шлаковый щебень 1,08 1,13 1,17 1,22
Фракционированный гранитный щебень 1,08 1,13 1,08 1,13
Фракционированный гравии 1,00 1,05 1,00 1,05

Таблица 6.4.5

Численные значения коэффициента А2, учитывающего влияние мезоструктуры

Песок А 2 при сжатии и водопотребности песков, % А 2 при изгибе
7...9 9...12  
Искусственный (высевки) 1,10 1,05 1,15
Чистый кварцевый 1,00 0,95 1,00
С сильно окатанными зернами, а также загрязненный 0,95 0.90 0,93

Материалы для бетона должны соответствовать требованиям ГОСТов, СНиПов, эксплуатационным условиям работы изделий. Материалы выбирают с учетом особенностей технологического процесса. В ряде случаев, чтобы обеспечить это соответствие, вносят коррективы в выбор исходных материалов или в технологию производства бетонных изделий.

2. Определяют водоцементное (В/Ц) отношение в зависимости от марочной прочности бетона. Для дорожных бетонов, используемых для устройства покрытий, водоцементное отношение принимают равным 0,5, а для оснований - 0,6. Зная В/Ц и расход цемента (320...350 кг/м3), определяют расход воды

В = Ц:В/Ц, (6.4.6)

3. Сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м3 бетона близка к 1000 л, поэтому пренебрегая содержанием воздуха в смеси принимают

(6.4.7)

где Ц, В, П, Щ - расход цемента, воды, песка, щебня, кг/м3;

gц, gв, gп, gщ - соответственно плотность цемента, воды, песка и щебня, кг/м3.

4. Абсолютный объем пустот в щебне равен абсолютному объему растворной составляющей с некоторым избытком, т.е.

(6.4.8)

где gощ - объемная (насыпная) плотность щебня, кг/дм3;

Vщ - пустотность щебня в относительных величинах, равная 0,4...0,45;

a - коэффициент раздвижки зерен щебня.

Решая совместно уравнения 6.4.7 и 6.4.8, определяют потребность щебня и песка на 1 м3 цементобетонной смеси.

(6.4.9)

(6.4.10)

Рассчитываемый состав бетона уточняют экспериментальным путем, определяют в пробных замесах подвижность (удобоукладываемость) смеси, а также в установленные сроки прочность стандартных бетонных образцов, изготовленных из рассчитанной смеси.

В производственных условиях при водоцементном отношении 0,6, соотношение составляющих бетона можно принять как

цемент : песок : щебень = 1 : 2 : 4.

В процессе приготовления цементобетонной смеси необходимо учитывать естественную влажность щебня и песка.





Читайте также:
Группы красителей для волос: В индустрии красоты колористами все красители для волос принято разделять на четыре группы...
Основные понятия туризма: Это специалист в отрасли туризма, который занимается...
Тест мотивационная готовность к школьному обучению Л.А. Венгера: Выявление уровня сформированности внутренней...
Основные научные достижения Средневековья: Ситуация в средневековой науке стала меняться к лучшему с...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.041 с.