Юрины заметки про Бетон

Прежде чем перейти к действию замораживания и оттаивания на затвердевший бетон, т. е. касаться одной из основных проблем долговечности, остановимся на действии мороза на свежеуложенный бетон и связанном с этим вопросе зимнего бетонирования.

При замораживании еще не схватившегося бетона действие мороза на него будет похоже на вспучивание водонасыщенного грунта: вода затворения при замораживании вызывает увеличение объема бетона, и, так как на химические реакции воды не остается, схватывание и твердение бетона замедляется.

Наблюдения показали, что если бетон заморозить сразу после укладки, схватывания не происходит и цементного камня, который мог бы разрушиться от льдообразования, не образуется. Бетон, оставленный при низкой температуре, не схватывается. Если произойдет оттаивание и бетон будет подвергнут повторному вибрированию, он будет схватываться и твердеть без потери прочности. Но, вследствие расширения воды затворения при замерзании, в бетоне при повторном вибрировании образуется значительный объем пор и соответственно прочность будет очень низкой.

Замораживание бетона после схватывания, но до приобретения им необходимой прочности, вызывает расширение вследствие льдообразования, что приводит к разрушению и невосполнимой потере прочности. Если бетон имеет достаточную начальную прочность, он может подвергаться замораживанию без разрушения не только вследствие более высокого сопротивления давлению льда, но и потому, что большая часть воды затворения связывается цементом или располагается в порах геля и замерзнуть не может.
Прочитать подробнее »

Кроме усадки при высыхании бетон подвергается усадке за счет карбонизации. Это явление было обнаружено только в последнее время-и в большинстве имеющихся экспериментальных данных по усадке, величина усадки при высыхании включает в себя и усадку при карбонизации бетона. Однако природа усадки при карбонизации и высыхании совершенно различна.

Углекислый газ С02, имеющийся в атмосфере, в присутствии влаги вступает во взаимодействие с продуктами гидратации клинкерных минералов. Это взаимодействие происходит даже при малых концентрациях С02 в атмосфере, где парциальное давление С02 около ЗХ-4 атмосферы; в непроветриваемой лаборатории парциальное давление может составлять до 12X10-4 ат. Степень карбонизации увеличивается; с увеличением концентрации С02 в воздухе.

мента. Эти реакции могут протекать при низких концентрациях С02 в атмосфере, однако глубина карбонизации незначительна и медленно увеличивается во времени.
Прочитать подробнее »

Поскольку повышение температуры при твердении бетона повышает интенсивность роста прочности, то достижение заданной прочности может быть ускорено пропариванием бетона в специальных камерах. Когда пар находится при атмосферном давлении, т.е. его температура ниже 100° С, твердение можно считать разновидностью влажного ухода.

Выдерживание бетона при высоком давлении (автоклавная обработка) является совершенно другой технологией и рассматривается в следующем разделе. Пропаривание успешно применялось для бетонов, приготовленных на различных портландцементах, но его нельзя применять для бетона на глиноземистом цементе из-за вредного воздействия жары и влаги на прочность этого цемента. Бетон с более низким В/Ц реагирует на пропаривание намного лучше тощих бетонов.

Основная цель пропаривания заключается в получении достаточно высокой прочности на ранней стадии, так как бетонные изделия могут приобрести прочность вскоре после бетонирования. Раскрывать форму или освобождать оснастку предварительного напряжения можно значительно раньше, чем при обычном влажном выдерживании, при этом требуется меньшая производственная площадь для хранения при выдерживании; все это дает экономические преимущества.

На практике для многих случаев прочность бетона в более поздние сроки имеет меньшее значение. Из-за характера операций, входящих в процесс пропаривания, оно применяется главным образом для сборных деталей. Пропаривание при низком давлении обычно осуществляют в специальных камерах или тоннелях, через которые бетонные элементы подают на конвейерной ленте. Или же предварительно изготовленные детали покрывают передвижными кожухами или покрышками из пластика, под которые пар подается через гибкие шланги.

Учитывая влияние температуры на ранних стадиях твердения на позднейшую прочность, должно быть найдено компромиссное решение между температурами, дающими высокую прочность на ранней стадии и на более поздней стадии твердения. Значения прочности бетона, изготовленного на модифицированном цементе с В/Ц, равным 0,55; пропаривание производилось непосредственно после изготовления.

Аналогичная проблема возникает при определении скорости повышения температуры в начале пропаривания. Установлено, что если температура 48,9° С достигается за период меньше 2—3 ч или температура 98,9° С — за период меньше 6—7 ч с момента перемешивания, то это отрицательно влияет на рост прочности после первых нескольких часов. Нельзя допускать такой быстрый подъем температуры. Быстрое твердение может привести к потере прочности на одну треть в более позднем возрасте по сравнению с влажным выдерживанием при комнатной температуре. Отрицательное действие быстрого подъема температуры заметнее при более высоком водоцементном отношении в смеси и оно более ощутимо при быстротвердеющем цементе по сравнениюс обыкновенным портландцементом. Саул установил, что когда скорость подъема температуры бетона не превышает значений, указанных ранее, то его прочность немного отличается от прочности нормально -выдержанного бетона и находится в зоне А. Прочность слишком быстро нагреваемого бетона лежит в зоне В.

Практические режимы пропаривания выбираются как компромисс между требованиями прочности на ранней и поздней стадиях и обусловливаются также продолжительностью рабочей смены. Цикл пропаривания для данной бетонной смеси определяется экономическими соображениями.
При типичном цикле пропаривание начинается через 3 ч после изготовления, температура поднимается на 4,4° С в час и достигает 54,4— 73,9° С, а затем продолжается в течение заданного периода времени. Бетон на легком заполнителе можно нагревать до 73,9—82,2° С.

Изменения температуры внутри бетона при пропаривании отличаются от изменений температуры на его поверхности. Повышение температуры в центре происходит медленно, соответственно скорость охлаждения также ниже. Таким образом, площадь под кривой «температура— время» примерно одинакова для внутренних точек и точек, расположенных ближе к поверхности бетонного блока, так что весь бетон.

В дополнение к пропариванию применялись и другие способы высокотемпературной обработки бетона. В частности, электрические методы нагревания током, проходящим через арматуру или непосредственно через бетон, оказались успешными. Ток должен быть переменным, поскольку постоянный ток приводит к гидролизу цементной массы.

На строительной площадке обычно стремятся перемешивать бетон как можно скорее, и, следовательно, очень важно знать, каково минимальное время перемешивания для получения бетона, однородного по структуре и удовлетворительного по прочности.

Это время меняется в зависимости от типа бетономешалки, и, строго говоря, критерием адекватного перемешивания является не время перемешивания, а число оборотов бетономешалки. Обычно бывает достаточно около 20 оборотов. Однако, поскольку имеется оптимальная скорость вращения, рекомендуемая предприятием, производящим бетономешалки, то число оборотов и время перемешивания являются взаимозависимыми.

Для данного типа бетономешалки существует связь между временем перемешивания и однородностью смеси. Данные, основаны на исследованиях Шалон, где однородность характеризуется пределами прочности образцов бетона, приготовленных из данной смеси после определенного времени перемешивания. Результаты тех же испытаний, вычисленные как изменение коэффициента вариаций прочности в зависимости от времени перемешивания. Очевидно, что перемешивание в течение менее 1 —1,2 мин дает заметно более неоднородный бетон; увеличение времени перемешивания сверх этого срока влияет незначительно.

Время перемешивания считается с момента, когда все твердые материалы были заложены в бетономешалку, и обычно указывается, что все количество необходимой воды должно быть добавлено не позже чем через XU времени перемешивания. Приведенные цифры относятся к обычным бетономешалкам. Недавно были введены в практику скоростные бетономешалки, в которых время перемешивания может быть сокращено до 35 сек. С другой стороны, если применяют легкий заполнитель, то время перемешивания должно быть не менее 5 мин\ иногда 2 мин идут на перемешивание заполнителя с водой, 3 мин — на перемешивание с добавленным цементом.
Прочитать подробнее »

Пористость зерен заполнителя уже упоминалась в связи с определением его насыпного объемного веса. Эта характеристика является весьма важной для изучения свойств заполнителя. Пористость заполнителя, его водопроницаемость и водопоглощение оказывают влияние на прочность сцепления заполнителя с цементным камнем, сопротивление бетона попеременному замораживанию и оттаиванию, а также на его химическую стойкость и сопротивление истиранию.

От пористости зависит также величина кажущегося удельного веса заполнителя, поэтому выход бетона при одном и том же содержании заполнителя является величиной непостоянной. Размер пор в зернах заполнителя колеблется в довольно широких пределах. Макропоры являются настолько крупными, что они различимы с помощью микроскопа или даже невооруженным глазом. Однако даже самые мелкие поры заполнителя обычно крупнее, чем гелевые поры в цементном камне. Поры размером менее 4 мк представляют особый интерес, поскольку обычно считают, что они влияют на долговечность заполнителей, подвергаемых попеременному замораживанию и оттаиванию.

Некоторые поры заполнителя являются замкнутыми, другие выходят на поверхность зерен. Цементное тесто из-за своей высокой вязкости не может проникнуть на большую глубину даже самых крупных пор заполнителя. При расчете содержания заполнителя в бетоне учитывают общий объем его зерен, которые упрощенно рассматриваются как целиком состоящие из плотного материала. Однако влага может проникать в глубь пор; количество поглощаемой влаги и скорость ее проникания зависят от их размера, протяженности и общего объема пор. Значения пористости некоторых распространенных горных пород приведены ниже.

Поскольку заполнитель занимает почти 3/4 объема бетона, то, очевидно,, что общая пористость бетона зависит в значительной степени от пористости заполнителя.

Когда все поры в заполнителе заполнены водой, говорят, что заполнитель находится в насыщенном водой и поверхностно-сухом состоянии. Если заполнитель в этом состоянии поместить в воздушно-сухие условия,, т. е., например, в лабораторию, то некоторое количество воды.

Хотя не существует четкой зависимости между прочностью бетона и водопоглощением его заполнителя, однако поры, выходящие на поверхности зерен, влияют на сцепление заполнителя с цементным камнем и могут, таким образом, оказывать некоторое влияние на прочность бетона.
Прочитать подробнее »

Как уже отмечалось, схватывание смесей из портландцемента и глиноземистого цемента происходит ускоренно, а при содержании одного из этих цементов в пределах 20—80% веса смеси может произойти мгновенное схватывание.

Общий вид кривых, подтверждающих эту закономерность, однако для конкретных цементов необходимо проводить пробные испытания. Ускоренное схватывание происходит в результате образования гидрата с4а при взаимодействии извести из портландцемента и алюмината кальция из глиноземистого цемента. Кроме того, гипс, содержащийся в портландцементе, может взаимодействовать с гидроалюминатом кальция, и в результате может произойти схватывание портландцемента.

Смеси этих цементов в надлежащих пропорциях применяют тогда, когда необходимо быстрое схватывание, например для заделки течей, или в конструкциях, возводимых в зоне прилива-отлива, однако конечная прочность бетона из таких смесей весьма низкая.
Прочитать подробнее »

Как и множество химических реакций, реакция гидратации клинкерных минералов имеет экзотермический характер, при этом цемент выделяет до 120 кал/г. Так как теплопроводность бетона сравнительно низка, то внутри массивных бетонных конструкций гидратация приводит к значительному подъему температуры. В то же время наружная часть бетонного массива теряет некоторое количество тепла, так что устанавливается резкий градиент температуры, что при последующем охлаждении внутренней части может привести к образованию трещин.

С другой стороны, тепловыделение при гидратации цемента может препятствовать замерзанию воды в капиллярах свежеуложенного бетона в холодную погоду, поэтому высокое тепловыделение в данном случае является положительным фактором. Ясно, что желательно знать величину тепловыделения различных цементов, чтобы выбрать наиболее подходящий вид цемента для каждого конкретного случая.

Тепловыделением называют количество тепла в калориях на грамм негидратированного цемента, выделяющееся при его полной гидратации при определенной температуре. Наиболее распространенный способ определения тепловыделения заключается в измерении теплоты растворения негидратированного и гидратированного цемента в смеси азотной и фтористоводородной кислот: разница между этими двумя величинами представляет тепловыделение гидратации. Этот метод описан в BS 1370:1947 и аналогичен методу стандарта ASTM С 186—55.
Прочитать подробнее »

До сих пор мы рассматривали только проблему продолжительности ухода, но, как указывалось ранее, температура в период ухода также влияет на скорость реакции гидратации и соответственно влияет на развитие прочности бетона.

Это влияние которого получены из опытов на образцах, изготовленных, изолированных и выдержанных при разных температурах.

Так как прочность бетона зависит как от возраста, так и от температуры, мы можем сказать, что прочность является функцией от 2 (время X X температура). По экспериментальным данным бетон имеет начальную температуру 13° С; это объясняется тем, что при температурах от точки замерзания воды до —11° бетон показывает наибольшее увеличение прочности с течением времени, но, разумеется, недопустимо действие низкой температуры, пока не произойдет схватывание бетона и прочность не достигнет достаточной величины, чтобы противостоять разрушениям под действием мороза.

Обычно требуется «выжидательный период» — 24 ч.
Зрелость измеряется в градусо-часах или градусо-сутках. Зависимость прочности от зрелости бетона имеет прямолинейный характер.
Прочитать подробнее »

Известно, что в метрической системе единиц плотность материала численно равна его удельному весу, хотя удельный вес есть безразмерная величина, в то время как плотность выражают в г/см3.

В английской системе единиц плотность, выражаемую в фунт/футу можно вычислить -путем умножения удельного веса материала на объемный вес воды (равный 62,4 фунт/фут3).

Следует помнить, что так определяют плотность только отдельных зерен заполнителя. При необходимости дозирования заполнителя по объему или пересчета расхода материала по весу в количество материала по объему важно знать насыпной объемный вес заполнителя, т. е. вес единицы объема заполнителя в насыпном состоянии (вместе с пустотами).

Величина насыпного объемного веса заполнителя зависит от того, насколько плотно уложены в массе его зерна. Следовательно, для заполнителя определенного удельного веса его насыпной объемный вес зависит от зернового состава и формы зерен заполнителя. Повышению насыпного объемного веса заполнителя способствует возможность заполнения4 пустот между крупными зернами более мелкими частицами. На плотность укладки зерен в массе заполнителя сильное влияние оказывает форма зерен.

Для крупного заполнителя определенного удельного веса можно сказать, что чем выше его насыпной объемный вес, тем меньше пустот должно быть заполнено цементно-песчаным раствором. Одно время данные испытания по определению насыпного объемного веса использовали в качестве основы при подборе состава бетона.

Получаемое в результате испытаний значение насыпного объемного веса заполнителя зависит не только от различных свойств материала, определяющих возможную пустотность заполнителя, но и от его фактического уплотнения в каждом отдельном случае. Например, если все зерна заполнителя одного размера и имеют сферическую форму, то их наиболее плотная укладка достигается при расположении центров зерен в вершинах воображаемого тетраэдра. В этом случае насыпной объемный вес заполнителя составляет 0,74 от величины удельного веса его зерен. При наиболее свободной укладке зерен их центры располагаются в углах воображаемых кубов, и в этом случае насыпной объемный вес составляет лишь 0,52 от удельного веса зерен заполнителя.
Прочитать подробнее »

Если вместо дозировки и перемешивания на строительной площадке бетон доставляется готовым для укладки с завода, то его называют готовой бетонной смесью, или товарным бетоном. Этот вид бетона применяется широко во многих странах, так как он имеет много преимуществ по сравнению с классическим методом его приготовления.

Товарный бетон применим на тесных площадках или при дорожном строительстве, где мало места для бетономешалок и для больших складов заполнителя, но, по-видимому, самым большим преимуществом товарного бетона является то, что он может быть приготовлен в условиях лучшего контроля, чем тот, который возможен на любой, даже большой строительной площадке. Контроль должен быть усиленным, но, поскольку бетонный завод работает в условиях, близких к фабричным, на нем возможен действительно строгий контроль всех операций. Достаточная осторожность при транспортировании бетона обеспечивается также при менением автобетономешалок, но укладка и уплотнение остаются на ответственности персонала площадки. Товарный бетон можно считать по природе более близким к фабричному продукту, почти сравнивать его со сталью, так как неоднородность свойств, связанная с приготовлением бетона на месте, здесь устраняется.

Применение товарного бетона также весьма выгодно в случаях, когда нужны лишь небольшие количества бетона или когда бетон укладывают только через определенные интервалы. Обычно цена товарного бетона несколько выше, чем бетона, приготовленного на строительной площадке, но это может перекрываться экономией на цементе, а также экономией на организации площадки и штатах технического надзора.

Следует отметить, что домешивание отличается от перемешивания только скоростью вращения бетономешалки: скорость домешивания — в пределах 2—6 об/мин, скорость перемешивания — 4—16 об/мищ таким образом, оба этих процесса частично перекрываются.

Описание деталей оборудования бетонного завода не входит в содержание данной книги; достаточно лишь сказать, что они обычно в значительной степени автоматизированы. В бетономешалке большой емкости может замешиваться до 8 ингредиентов, при этом их количество точно распределяется и автоматически регистрируется для контроля. Для всего этого процесса нужен только один оператор.
Прочитать подробнее »