Бетон и бетонные смеси

Бетон и бетонные смеси (ЗАО «СОЮЗ-ЛЕС») КСР-2016

04.1 Бетоны готовые к употреблению

04.1.02 Бетоны тяжелые и мелкозернистые

Область применения

В зависимости от области применения различают:

• обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых конструкций);
• гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений;
• бетон для ограждающих конструкций (легкий);
• бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;
• бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).

Рациональная область применения лёгких бетонов-наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный лёгкий бетон используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их собственного веса). Особо тяжёлые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий). Пенобетон в равной степени пригоден для изготовления конструкционного (плотность от 1200 кг/куб. м), конструкционно-теплоизоляционного (плотность от 700-1100 кг/куб. м) и теплоизоляционного (плотность от 400-600 кг/куб. м) пенобетона, для возведения монолитных, сборно-монолитных конструкций и теплоизоляционных покрытий полов, кровли, в качестве легкого заполнителя в кладке.). Применение высокопрочных бетонов наиболее целесообразно в центрально-сжатых или сжатых с малым эксцентриситетом колоннах многоэтажных промышленных и гражданских зданий, фермах и арках больших пролётов. Целесообразность организации производства пенобетона обусловлена значительно повышенными требованиями по энергосбережению в промышленности и строительстве, в частности к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Технические характеристики

Бетоны классифицируют:

• по средней плотности
•  по виду вяжущего вещества
• по назначению

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

• особо тяжелые с плотностью (более 2500 кг/куб. м).;
• тяжёлые (1800-2500кг/куб. м);
• лёгкие (500-1800 кг/куб. м);
• особо лёгкие (менее 500 кг/куб. м)

Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях-стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон). Тяжёлые бетоны с плотностью 2100-2500 кг/ куб. м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800…2000 кг/ куб.м. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600-1900 кг/куб. м. Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф).

К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны:

• цементные
• силикатные
• гипсовые
• шлакощелочные
• полимерцементные
• специальные

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцементе (20-25%) и пуццолановом цементе. 

К разновидностям цементных бетонов относятся:

• декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах),
• бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе),
• бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные- пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение — объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие:

• до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться;
• бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию;
• расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Классификация и области применения бетона

Бетон классифицируют по виду применяемого вяжущего:

• Бетон на неорганических вяжущих (цементные бетоны, гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные бетоны, жаростойкие бетоны и другие специальные бетоны)
• Бетон на органических вяжущих (асфальтобетоны, пластбетоны).

Цементные бетоны в зависимости от объёмной массы (в кг/м³) подразделяются на:

• особо тяжёлые (более 2500);
• тяжёлые (от 1800 до 2500);
• лёгкие (от 500 до 1800); особо лёгкие (менее 500).

Они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в особо тяжёлые бетоны. обычно вводят добавку карбида бора или др. добавки, содержащие лёгкие элементы-водород, литий, кадмий. Наиболее распространены тяжёлые бетоны, применяемые в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, на строительстве каналов, транспортных и др. сооружений. Особое значение в гидротехническом строительстве приобретает стойкость бетон, подвергающихся воздействию морских, пресных вод, а также атмосферы.

К заполнителям для тяжёлых бетонов предъявляются специальные требования по гранулометрическому составу и чистоте. Суровые климатические условия ряда районов СССР приводили к необходимости разработки и внедрения методов зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом большое значение имеют процессы ускорения твердения бетона, что достигается применением быстротвердеющих цементов, тепловой обработкой (электропрогрев, пропаривание, автоклавная обработка), введением химических добавок и др. способами. К тяжёлым бетонам относится также силикатный бетон, в котором вяжущим является кальциевая известь. Промежуточное положение между тяжёлыми и лёгкими бетоном занимает крупнопористый (беспесчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо- или пенообразователей цементным камнем.

Лёгкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей лёгкого бетон: они названы в зависимости от вида примененного заполнителя-вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и другие.

По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем лёгкие бетоны подразделяются:

• на обычные лёгкие бетоны (с полным заполнением межзернового пространства);
• малопесчаные лёгкие бетоны (с частичным заполнением межзернового пространства);
• крупнопористые лёгкие бетоны, изготовляемые без мелкого заполнителя;
• лёгкие бетоны с цементным камнем, поризованные при помощи газо- или пенообразователей;

По виду вяжущего лёгкие бетоны на пористых заполнителях разделяются как:

• цементные
• цементно-известковые
• известково-шлаковые
• силикатные

К лёгким бетонам относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные ячеистые бетоны с объёмной массой от 500 до 1200 кг/м³.

По способу образования пористой структуры ячеистые бетоны разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду вяжущего:

• на газо- и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих;
• на газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести;
• газо — и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков.

При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые бетоны называются газо- и пенозолобетонами, газо- и пенозолосиликатами, газо- и пеношлакозолобетонами. Особо лёгкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы.

Пенобетон (газобетон, поробетон) — вид ячеистых бетонов, поры которых образуются путем механического смешивания предварительно изготовленной устойчивой органической пены и цементно- песчаной смеси. Пенобетон представляет собой искусственный цементный камень с равномерно распределенными закрытыми порами. Такая структура определяет ряд высоких физико-механических свойств ячеистого бетона и делает его весьма эффективным строительным материалом, который по сравнению с другими видами легких бетонов является наиболее перспективным для строительства. Целесообразность организации производства пенобетона обусловлена значительно повышеннымитребованиями по энергосбережению в промышленности и строительстве, в частности к теплозащите ограждающих конструкций зданий.

Свойства и преимущества пенобетона:

1. Высокие теплоизоляционные свойства -Благодаря пористой структуре пенобетон является конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3-3,5 раза выше, чем у кирпичной стены Коэффициент теплопередачи пенобетона Д-700 составляет 0,23 Ккал/кв. мчас°С, тогда как глиняный кирпич 0,8 Ккал/кв. м час°С.
2. Легкость -Блок пенобетона марки Д-700 практически втрое легче керамзитобетона. Стандартный мелкий блок размером 200х188х388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы, снизить трудоемкость работ.
3. Прочность -При низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (3,5- 5,0 МПа). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. При применении определенных конструкторских решений возможно использование пенобетона в высотных зданиях без ограничения этажности.
4. Морозостойкость -Высокая морозостойкость F50-F100 объясняется мелкопористой структурой пенобетона, обеспечивающей резервный объем для миграции воды при ее замерзании.
5. Огнестойкость -Пенобетон относится к негорючим материалам, выдерживает одностороннее воздействие огня в течении не менее 5-7 часов.
6. Биостойкость и экологическая безопасность -Пенобетон не подвержен гниению и старению. Экологическая чистота применяемых сырьевых материалов гарантирует полную безопасность пенобетонных изделий для человека. Средняя удельная активность радионуклидов составляет 75,5 Бк/кг и не превышает нормированную величину 370 Бк/кг.
7. Широкий диапазон получаемых плотностей -В зависимости от назначения пенобетонных изделий и их условий эксплуатации возможно изготовление пенобетона плотностью:
• от 400 до 600 кг/куб. м для получения теплоизоляционных изделий;
• от 700 до 1100 кг/куб. м для получения теплоизоляционно-конструкционных изделий (блоков, плит, перемычек и др.);
• от 1200 до 1600 кг/куб. м для получения конструкционных изделий.
8. Простота обработки -Большое значение имеет такое свойство пенобетона, как легкая обрабатываемость простейшими инструментами. Он легко пилится, сверлится, штрабится, гвоздится.

Таблица 1. Основные характеристики ячеистого пенобетона:

Таблица 2. Сравнение пенобетона с другими материалами:

Основные свойства бетона:

• плотность
• содержание связанной воды (для особо тяжёлых бетонов)
• прочность при сжатии и растяжении
• морозостойкость
• теплопроводность
• техническая вязкость (жёсткость смеси)

Прочность бетона характеризуется их маркой (временным сопротивлением на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе). Марка по прочности на сжатие тяжёлых цементных, особо тяжёлых, лёгких и крупнопористых бетонов определяется испытанием на сжатие бетонных кубов со стороной, равной 100 или

200 мм, изготовленных из рабочего состава и испытанных после определённого срока выдержки. Для образцов монолитного бетона промышленных и гражданских зданий и сооружений срок выдержки при нормальном твердении (при температуре 20°С и относительной влажности не ниже 90%) равен 28 суткам.

Прочность бетона в возрасте 28 суток (R28) нормального твердения можно определять по формуле:

R28 = aRц (Ц/В — б)

где:

Рц — активность (прочность) цемента;

Ц/В — цементно-водное отношение;

а — 0,4-0,5

б — 0,45-0,50-коэффициенты, зависящие от вида цемента и заполнителей.

Для установления марки бетонов гидротехнических массивных сооружений срок выдержки образцов равен 180 суткам. Срок выдержки и условия твердения образцов бетонов сборных изделий указываются в соответствующих За марку силикатных и ячеистых бетонов принимают временное сопротивление в кгс/см² на сжатие образцов тех же размеров, но прошедших автоклавную обработку одновременно с изделиями (1 кгс/см² 0,1 Мн/м²). Особо тяжёлые бетоны имеют марки от 100 до 300 (~10-30 Мн/м²), тяжёлые бетоны от 100 до 600 (~10-60 Мн/м²). Марки высокопрочных бетонов от 800-1000 (~80-100 Мн/м²)

Лёгкие бетоны на пористых заполнителях имеют марки от 25 до 200 (~2,5-20 Мн/м²), высокопрочные бетоны до 400 (~40 Мн/м²), крупнопористые бетоны от 15 до 100 (~1,5-10 Мн/м²), ячеистые бетоны от 25 до 200(~2,5-20 Мн/м²), особо лёгкие бетоны от 5 до 50 (~0,5-5 Мн/м²). Прочность бетонов на осевое растяжение ниже прочности бетонов на сжатие примерно в 10 раз.

Требования по прочности на растяжение при изгибе могут предъявляться, например, к бетонам дорожных и аэродромных покрытий. К бетонам гидротехнических и специальных сооружений (телевизионные башни, градирни и другие), кроме прочностных показателей, предъявляются требования по морозостойкости, оцениваемой испытанием образцов на замораживание и оттаивание (попеременное) в насыщенном водой состоянии от 50 до 500 циклов. К сооружениям, работающим под напором воды, предъявляются требования по водонепроницаемости, а для сооружений, находящихся под воздействием морской воды или др. агрессивных жидкостей и газов, — требования стойкости против коррозии. При проектировании состава тяжёлого цементного бетона учитываются требования к его прочности на сжатие, подвижности бетонной смеси и её жёсткости (технической вязкости), а при проектировании состава лёгких и особо тяжёлых бетонов-также и к плотности. Сохранение заданной подвижности особенно важно при современных индустриальных способах производства; чрезмерная подвижность ведёт к перерасходу цемента, а недостаточная затрудняет укладку бетонной смеси имеющимися средствами и нередко приводит к браку продукции. Подвижность бетонной смеси определяют размером осадки (в см)стандартного бетонного конуса (усечённый конус высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см, верхнего-10 см). Жёсткость устанавливается по упрощённому способу профессора либо с помощью технического вискозиметра и выражается временем в сек, необходимым для превращения конуса из бетонной смеси в равновеликую призму или цилиндр. Эти исследования производят на стандартной лабораторной виброплощадке с автоматическим выключателем, используемой также при изготовлении контрольных образцов. Градации подвижности бетонной смеси приводятся в Таблице 1:

Таблице 1. Градации подвижности бетонной смеси:

Выбор бетонной смеси по степени её подвижности или жёсткости производят в зависимости от типа бетонируемой конструкции, способов транспортирования и укладки бетона. Наряду с ценными конструктивными свойствами бетон обладает также и декоративными качествами. Подбором компонентов бетонной смеси и подготовкой опалубок или форм можно видоизменять окраску, текстуру и фактуру бетона; фактура зависит также и от способов механической и химической обработки поверхности бетона. Пластическая выразительность сооружений и скульптуры из бетона усиливается его пористой, поглощающей свет поверхностью, а богатая градация декоративных свойств бетона используется в отделке интерьеров и в декоративном искусстве.

Пенобетон(газобетон, поробетон) — вид ячеистых бетонов, поры которых образуются путем механического смешивания предварительно изготовленной устойчивой органической пены и цементно- песчаной смеси. Пенобетон представляет собой искусственный цементный камень с равномерно распределенными закрытыми порами. Такая структура определяет ряд высоких физико-механических свойств ячеистого бетона и делает его весьма эффективным строительным материалом, который по сравнению с другими видами легких бетонов является наиболее перспективным для строительства.

Пенобетон в равной степени пригоден для изготовления конструкционного (плотность от 1200 кг/куб. м), конструкционно-теплоизоляционного (плотность от 700-1100 кг/куб. м) и теплоизоляционного (плотность от 400-600 кг/куб. м) пенобетона, для возведения монолитных, сборно-монолитных конструкций и теплоизоляционных покрытий полов, кровли, в качестве легкого заполнителя в кладке.

Свойства и преимущества пенобетона:

1. Высокие теплоизоляционные свойства -Благодаря пористой структуре пенобетон является конструкционным и теплоизоляционным материалом. Его теплоизолирующая способность в 3-3,5 раза выше, чем у кирпичной стены Коэффициент теплопередачи пенобетона Д-700 составляет 0,23 Ккал/кв. мчас°С, тогда как глиняный кирпич 0,8 Ккал/кв. м час°С.
2. Легкость -Блок пенобетона марки Д-700 практически втрое легче керамзитобетона. Стандартный мелкий блок размером 200х188х388 имеет массу всего 11 кг, что позволяет значительно снизить транспортные и монтажные расходы, снизить трудоемкость работ.
3. Прочность -При низкой объемной массе пенобетон имеет достаточно высокую прочность на сжатие (3,5- 5,0 МПа). Максимальная этажность здания с несущими стенами из пенобетона Д-900 три этажа. При применении определенных конструкторских решений возможно использование пенобетона в высотных зданиях без ограничения этажности.
4. Морозостойкость -Высокая морозостойкость F50-F100 объясняется мелкопористой структурой пенобетона, обеспечивающей резервный объем для миграции воды при ее замерзании.
5. Огнестойкость -Пенобетон относится к негорючим материалам, выдерживает одностороннее воздействие огня в течении не менее 5-7 часов.
6. Биостойкость и экологическая безопасность -Пенобетон не подвержен гниению и старению. Экологическая чистота применяемых сырьевых материалов гарантирует полную безопасность пенобетонных изделий для человека. Средняя удельная активность радионуклидов составляет 75,5 Бк/кг и не превышает нормированную величину 370 Бк/кг.
7. Широкий диапазон получаемых плотностей -В зависимости от назначения пенобетонных изделий и их условий эксплуатации возможно изготовление пенобетона плотностью:

• от 400 до 600 кг/куб. м для получения теплоизоляционных изделий;
• от 700 до 1100 кг/куб. м для получения теплоизоляционно-конструкционных изделий (блоков, плит, перемычек и др.);
• от 1200 до 1600 кг/куб. м для получения конструкционных изделий.

8. Простота обработки -Большое значение имеет такое свойство пенобетона, как легкая обрабатываемость простейшими инструментами. Он легко пилится, сверлится, штрабится, гвоздится.

Таблица 1. Основные характеристики ячеистого пенобетона:

Таблица 2. Сравнение пенобетона с другими материалами: