• Стройка и ремонт с нуля до успешного финиша
  • Пошаговые мастер-классы с фото и видео
  • Контролируем рабочих или делаем своими руками
  • Калькуляторы для расчета материалов

Строительные материалы

Опубликовано: 25.05.2017

Строительные материалы

Морозостойкость во многих случаях предопределяет долговечность бетона. Это свойство является важным для бетона, используемого в гидротехнических сооружениях, промышленных конструкциях (градирни, отстойники), дорожного бетона, т. е. во всех случаях, когда возможно попеременное замораживание и оттаивание водо-насыщенного или сильно увлаженного материала. В зависимости от морозостойкости тяжелый бетон подразделяют на марки: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F800 и F1000. Проектную марку по морозостойкости назначают с учетом условий эксплуатации конструкции. Морозостойкость плотноуложенного бетона зависит главным образом от качества примененных для его изготовления материалов и особенностей капиллярно-пористой структуры. Цемент не должен содержать тонкомолотых добавок, повышающих его водопотребность (трепела, опоки). Высокая морозостойкость достигается при использовании портландцемента с содержанием С3А не более 5. 8 %. Заполнители необходимо применять по возможности чистые с минимальным количеством примесей. Морозостойкость крупного заполнителя должна быть не ниже требуемой для бетона в целом. Пористая структура морозостойкого бетона должна содержать минимум капиллярных пор, насыщающихся водой при обычном увлажнении. По данным Г. И. Горчакова, объем капиллярных пор уменьшается при сокращении количества воды затворения в бетоне и при повышении степени гидратации вяжущего вещества. Поэтому в стандартах на бетон конструкций, предназначенных для работы в условиях морозной агрессии, ограничивают максимальные значения В/Ц. Повышению морозостойкости способствуют все факторы, сокращающие расход воды в бетонной смеси: увеличение интенсивности уплотнения, применение пластифицирующих добавок и др. Большое значение имеет создание необходимых температурно-влажностных условий для более полной гидратации цемента.

Теплопроводность бетона изменяется в широких пределах. Так, для тяжелого бетона теплопроводность равна 1,3. 1,7 Вт/(м-°С), для легких бетонов — 0,2. 0,7 Вт/(м-°С). Низкая теплопроводность легких бетонов обусловлена их пористым строением: воздух, находящийся в порах, обладает теплопроводностью 0,023 Вт/(м-°С). Низкая теплопроводность легких бетонов определяет их преимущественное применение в ограждающих конструкциях зданий. Использование для этой цели тяжелого бетона возможно при устройстве специального слоя из эффективного теплоизоляционного материала. Линейный коэффициент температурного расширения (ЛКТР) тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии находится близко к ЛКТР стали. Это обеспечивает совместимость термических деформаций бетона и арматуры.

Усадка и набухание — способность бетона к изменению объема, обусловленная преимущественно изменением его влагосодержания. При твердении на воздухе уменьшение влажности бетона сопровождается сокращением размеров бетонного элемента, т. е. усадкой. Усадка бетона складывается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих. Влажностная усадка происходит в результате испарения влаги из капилляров с радиусом менее 0,1 мкм, а также из цементного геля. Карбонизационная усадка вызывается уменьшением объема цементного камня вследствие перехода содержащегося в нем Са(ОН)2 в СаС03 (под воздействием углекислоты воздуха). Контракционная усадка связана с уменьшением абсолютного объема при твердении системы цемент—вода. Эта последняя составляющая усадки невелика — 10 % от влажностной усадки. Во избежание появления трещин в сооружениях большой протяженности устраивают усадочные швы. Усадка в различных слоя конструкции происходит неравномерно, что связано с неоднородным распределением влагосодержания в бетонном элементе. Это вызывает напряжения, приводящие к появлению усадочных трещин. Увлажнение в результате атмосферных воздействий или прямого контакта с водой приводит к увеличению объема бетона — набуханию. Как показывают опыты, деформации набухания бетона значительно меньше его усадки. Вид заполнителя во многом определяет влажностные деформации бетона. В еще большей степени на усадку и набухание влияет состав бетона: чем меньше расход цемента и ниже В/Ц, тем меньше и влажностные деформации бетона.

Водопроницаемость бетона зависит от проницаемости цементного камня, заполнителя и контактной зоны. Опыты показывают, что проницаемость цементого камня при В/Ц=0,4. 0,7 весьма мала и ее значения сопоставимы с проницаемостью плотных горных пород. Следовательно, основными путями фильтрации воды через бетон могут явиться: зона контакта между заполнителем и цементным камнем; микротрещины в цементном камне; дефекты в зоне сцепления бетона со стальной арматурой. Технической характеристикой, определяющей сопротивляемость бетона прониканию воды, служит марка по водонепроницаемости W, которая выражает максимальное давление, при котором еще не наблюдается фильтрация воды через стандартный образец (0,2. 2,0 МПа). Для уменьшения водопроницаемости необходимо при изготовлении бетона использовать материалы надлежащего качества, создавать условия твердения, способствующие повышению степени гидратации цемента и исключающие появление в бетоне микротрещин. Хорошие результаты дает применение гидрофобно-пластифици-рующих и уплотняющих добавок.

Благодаря капиллярно-пористому строению бетон может поглощать влагу в виде водяных паров (гигроскопическое увлажнение) либо впитывать воду при непосредственном соприкосновении с ней. Свойство бетона удерживать поглощенную влагу называют влагоемкостью. После нескольких лет пребывания на воздухе бетон приобретает равновесную гигроскопическую влажность, значение которой зависит от характеристик пористости материала и условий окружающей среды. Так, равновесная гигроскопическая влажность весьма незначительна для плотных тяжелых бетонов (около 2. 3 %), но в легких и ячеистых бетонах, обладающих развитой системой пор, она может достигать соответственно 7. 8 и 20. 25 %. Водопоглощение (максимальная влагоемкость) бетона тем больше, чем больше в бетоне относительный объем открытых, сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелого бетона достигает 4. 8 % по массе (10..20 % по объему). Чрезмерное увлажнение приводит к понижению прочности бетона и создает опасность его быстрого разрушения при попеременном замораживании и оттаивании. Для уменьшения влагоемкости прибегают к гидро-фобизации бетона, а также устраивают паро- и гидроизоляцию конструкций.

Сцепление с арматурой — свойство бетона, обеспечивающее возможность совместной работы его со стальной арматурой в железобетонной конструкции. С одной стороны, прочность сцепления зависит от прочности бетона и адгезионных свойств цементного камня, которые,в свою очередь, определяются активностью вяжущего,водоцементным отношением, сроком и условиями твердения бетона. С другой стороны, прочность сцепления повышается с увеличением площади поверхности контакта между бетоном и стальной арматурой. Последнее достигается путем применения арматурных стержней периодического профиля. Для тяжелого бетона на портландцементе прочность сцепления со стальной арматурой составляет примерно 15. 20 % предела прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут. Стабильная совместная работа бетона и арматуры возможна в том случае, если арматура не подвергается коррозии.

Обычно стальная арматура в бетоне может длительное время сохраняться в хорошем состоянии, что объясняется наличием щелочной среды в цементном бетоне. Арматура в железобетонных конструкциях всегда покрыта защитным слоем бетона толщиной 10. 30 мм. При армировании ячеистых бетонов, а также плотных силикатных бетонов стальную арматуру предварительно защищают специальным покрытием (цементно-битумным, цементно-полистирольным и т. п.

Ползучесть — это способность бетона к увеличению деформаций под действием постоянной нагрузки какого-либо вида — сжатия, растяжения, изгиба. Деформации ползучести затухают только через несколько лет эксплуатации конструкции. Конечная деформация ползучести зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, условий работы конструкции и других факторов. Ползучесть уменьшается в бетонах более тощих (т. е. с меньшим расходом цемента), а также приготовленных при меньших значениях В/Ц. Использование заполнителей из плотных прочных пород позволяет уменьшить ползучесть бетона. Ползучесть бетона вызывает релаксацию (перераспределение) напряжений в конструкциях. Благодаря этому значительно снижаются напряжения в статически неопределимых конструкциях, возникающие под действием температуры, влажности, осадки опор. В этом смысле ползучесть может рассматриваться как положительное свойство. В ряде случаев релаксация напряжений играет отрицательную роль. Она приводит к нежелательным потерям натяжения арматуры в преднапряженных железобетонных конструкциях.

Марка — числовая характеристика какого-либо свойства бетона, принимаемая по его среднему значению, т. е. без учета коэффициента вариации. При небольших напряжениях и кратковременном нагружении бетон деформируется как упругое тело. Если напряжение больше, то наблюдается заметная остаточная (пластическая) деформация бетона. Поэтому диа грамма деформирования бетона непрямолинейна и для каждого значения напряжений существует свой модуль деформации. Для расчетов обычно используют начальный модуль упругости бетона (при сжатии или растяжении), который вычисляют при напряжении, не превосходящем 0,2 R бетона. Возникновение пластических деформаций связано с особенностями структуры бетона. Под влиянием напряжений на поверхности сцепления цементного камня с заполнителем и в самом цементном камне образуются микротрещины. Кроме того, пластические деформации происходят в гелевой составляющей цементного камня. Цементный гель в силу особенностей своего строения обладает свойством вязкого течения под нагрузкой, что является причиной развития деформаций ползучести.

Класс бетона — это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.

Например, класс бетона В20 следует понимать так: с вероятностью 0,95 при определении предела прочности при сжатии бетона на любом, произвольно взятом участке конструкции будет получен результат 20 МПа и более, и лишь в 5 % случаев можно ожидать значения менее 20 МПа. Понятие «класс бетона» позволяет назначать необходимую прочность с учетом ее фактической или возможной вариации в данной партии бетона. Чем неоднороднее бетон, тем выше коэффициент вариации. Следовательно, для обеспечения заданного класса бетона придется увеличить среднюю прочность и соответственно расход цемента. Это вызовет необоснованное удорожание бетона, которое можно было избежать при тщательном выполнении всех технологических операций на стадиях приготовления, транспортирования, укладки бетонной смеси и твердения бетона.

Способность бетона воспринимать в конструкциях зданий и сооружений действие силовых нагрузок зависит от его механических свойств. Вместе с тем бетон как материал универсального типа должен сопротивляться воздействиям окружающей среды, поэтому необходимо иметь представление об особенностях его поведения под влиянием влаги, температуры и других факторов, т. е. знать основные физические свойства бетона. Прочность — важнейший показатель качества конструкционных бетонов. Чаще всего контролируют прочность на сжатие, в необходимых случаях определяют также прочность на растяжение и изгиб. Предел прочности бетона при сжатии в проектном возрасте определяют испытанием на одноосное сжатие стандартных образцов-кубов, имеющих ребро 150 мм. Допускается испытывать кубы других размеров или образцов-цилиндров; полученные результаты необходимо приводить к стандартному образцу с помощью масштабных коэффициентов. Предел прочности на растяжение при изгибе определяют, испытывая призмы размерами 150x150x600 по схеме балки на двух опорах, нагружаемой двумя сосредоточенными силами, которые приложены в средней трети пролета. Предел прочности при осевом растяжении определяют испытанием на разрывной машине образцов специальной формы — «восьмерок».. Единичные результаты испытаний образцов недостаточно характеризуют прочность бетона, уложенного в конструкцию. Часть значений может оказаться намного выше требуемой по расчету прочности, другая часть — ниже. В последнем случае конструкция может не выдержать расчетных нагрузок и обрушиться. Вследствие неоднородности получаемого бетона на передний план выдвигается проблема повышения надежности бетонных и железобетонных конструкций. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкцию, тем меньше будут возможные колебания показателей качества, в частности прочности бетона. Статистической характеристикой однородности свойств бетона является коэффициент вариации v, который равен отношению среднего квадратичного отклонения отдельных результатов испытаний прочности к его средней прочности. Чем меньше его значение, тем более однороден по свойствам бетон. В идеальном случае v=0, на практике для контроля прочности тяжелого бетона принимают следующие оценки: при v 6 % однородность хорошая, при v=13 % —удовлетворительная, значения v 16 % недопустимы. Таким образом, для нормирования прочности необходимо использовать стандартную характеристику, которая гарантировала бы получение бетона заданной прочности с учетом возможных ее колебаний. В соответствии со СТ СЭВ 1406—78 такой характеристикой является класс бетона.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *