ММііннііссттееррссттввоо ооссввііттии іі ннааууккии УУккррааїїннии

РРііввннееннссььккиийй ддеерржжааввнниийй ттееххннііччнниийй ууннііввееррссииттеетт

О.Л. ДВОРКІН,,

ТТееххннооллооггііяя ббееттооннуу

ЗЗааттввееррдджжеенниийй ввччееннооюю ррааддооюю РРДДТТУУ яякк ннааввччааллььнниийй ппооссііббнниикк ддлляя ссттууддееннттіівв ссппееццііааллььннооссттіі 77..009922110044 ""ТТееххннооллооггііяя ббууддііввееллььнниихх ккооннссттррууккцціійй,, ввииррооббіівв іі ммааттееррііаалліівв""

РРііввннее 22000000

К 666.972:65.012 Дворкін О.Л. Технологія бетону.: Навч. посібник. – Рівне: РДТУ, 2001, - 165с.

В посібнику викладаються основи сучасного бетонознавства, а також

технології виготовлення бетону. Наведені основні властивості різних видів бетону та складаючих їх

матеріалів. Детально розглянуті способи проектування складів бетонів. Розглянута комп'ютерна реалізація проектування складів бетону та їх адаптація до конкретних виробничих умов.

Велику увагу в посібнику приділено розгляду заводської технології виготовлення бетонних сумішей.

Для студентів будівельних вузів та факультетів, аспірантів, наукових співробітників, а також може бути використаний робітниками підприємств по виготовленню бетонних і залізобетонних виробів.

Табл. 31 , Іл. 46 , Бібліогр: 6 назв. Рецензенти: Кір’янов В.М., зав. кафедрою водогосподарського будівництва

РДТУ, д.т.н., професор; Мироненко А.В., к.т.н., доцент кафедри технології будівельних

виробів і матеріалознавства РДТУ.

3

Зміст Передмова .............................................................................. 4 РОЗДІЛ 1 ОСНОВИ БЕТОНОЗНАВСТВА........................................ 5 1. ВИДИ БЕТОНІВ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ................................. 5 2. МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВАЖКОГО БЕТОНУ.................................... 6 3. ВЛАСТИВОСТІ БЕТОННОЇ СУМІШІ........................................ 12 4. ВПЛИВ КОМПОНЕНТІВ ТА ВИРОБНИЧИХ ФАКТОРІВ НА ВЛАСТИВОСТІ БЕТОННИХ СУМІШЕЙ..................................... 21 5. СТРУКТУРА БЕТОНУ ТА ФАКТОРИ, ЩО ЇЇ ВИЗНАЧАЮТЬ.......................................................................... 21 6. ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНІВ....................................... 22 7. ПРОЕКТУВАННЯ СКЛАДУ БЕТОННОЇ СУМІШІ..................... 45 8. РIЗНОВИДИ ЦЕМЕНТНИХ БЕТОНIВ НА ЩІЛЬНИХ ЗАПОВНЮВАЧАХ.................................................................... 52 9. ЛЕГКІ БЕТОНИ..................................................................... 64 10. НІЗДРЮВАТІ БЕТОНИ........................................................ 89 РОЗДІЛ 2 ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ БЕТОНУ............... 102 11. СКЛАДИ ЦЕМЕНТУ, ЇХ РОЗРАХУНКИ І КОМПОНОВАНА.. 102 12. СКЛАДИ ЗАПОВНЮВАЧІВ, ЇХ РОЗРАХУНКИ І КОМПОНОВАНА..................................................................... 109 13. ВІДДІЛЕННЯ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ ХІМІЧНИХ ДОБАВОК............................................................................... 120 14. БЕТОНОЗМІШУВАЛЬНИЙ ЦЕХ.......................................... 123 Список рекомендованої літератури............................... 133

4

ПЕРЕДМОВА. У підготуванні фахівців будівельників - технологів важливе місце

належить вивченню технології бетону. "Технологія бетону" є однієї з базових дисциплін і важливою складовою частиною навчального циклу дисциплін з технології бетонних і залізобетонних виробів.

У даному посібнику наведені необхідні матеріали для вивчення основних розділів курсу: "Бетонознавство" і "Технологічні процеси виготовлення бетону". Посібник складається з двох розділів: "Основи бетонознавства", "Технологія виготовлення бетону". В розділі "Основи бетонознавства" наведені сучасні теоретичні уявлення про структуру бетонів, основні закономірності, щодо формування його властивостей.

Особлива увага в посібнику приділяється висвітленню наукових методів прогнозування властивостей бетону, взаємозв'язкам властивостей бетону з його складом і структурою. Наводяться методи розрахунку технологічних процесів, необхідні для навчального проектування бетонозмішувальних цехів і вузлів. Висвітлюються напрямки ресурсозбереження, регулювання властивостей бетону, підвищення ефективності його виробництва.

Окрема глава в посібнику присвячена комп'ютерним системам управління складами бетону. Наводиться приклад використання комп’ютерних систем управління складами бетону для розрахунку базового номінального складу важкого бетону, коректування його складу для досягнення заданої проектної міцності та адаптації відкоректованого складу до умов виробництва за допомогою побудови технологічних карт міцності бетону.

Поряд із звичайним важким бетоном розглянуті його різновиди. Окрема глава приділяється технології легкого бетону на пористих заповнювачах та ніздрюватих бетонів.

В сучасному будівництві поряд із цементним все ширше використовують нецементні бетони, які виготовляють по енергозберігаючим технологіям з використанням місцевих матеріалів та відходів промисловості. В представленому посібнику характеристика таких бетонів знайшла достатнє відображення.

В розділі "Технологія виготовлення бетону" наведені дані щодо основних технологічних стадій виготовлення бетонних сумішей. Наводяться також необхідні довідкові дані та розрахункові залежності для проектування складів цементу, заповнювачів, хімічних добавок, бетонозмішувальних вузлів та цехів.

Посібник відрізняється лаконічністю, сконцентрованостю на основних положеннях курсу, сучасних аспектах технології основного будівельного матеріалу XXІ століття - бетону.

5

РОЗДІЛ 1 ОСНОВИ БЕТОНОЗНАВСТВА

1. ВИДИ БЕТОНІВ ТА ЇХ КЛАСИФІКАЦІЯ

Загальні відомості. Бетоном називається штучний кам'яний матеріал, який отримують в результаті твердіння ретельного ущільненої раціонально підібраної бетонної суміші. Хімічно активними складовими компонентами бетону є цемент і вода, які після замішування утворюють пластичне тісто здатне внаслідок фізико-хімічних процесів переходити в твердий стан, утворюючи при цьому цементний камінь.

Активну роль в процесах структуроутворення, твердіння і формування властивостей бетону виконують також заповнювачі бетону.

Цементний камінь здатний твердіти і набирати міцність при температурі не нижче -10°С. При підвищених температурах хімічні реакції між цементом і водою прискорюються, тому процес твердіння бетону відбувається більш інтенсивно. Цементний камінь зв'язує між собою зерна заповнювачів, які утворюють жорсткий каркас бетону. Відомо, що 80…90% об'єму бетону займають заповнювачі. Заповнювачі бувають природного або штучного походження.

Покращенню і регулюванню властивостей бетонів сприяють різноманітні добавки.

Важливою властивістю бетонної суміші є пластичність. Саме завдяки пластичності бетонної суміші виготовляють вироби різноманітних і складних форм. Сучасні способи ущільнення і укладання бетонної суміші дають можливість виготовляти бетонні вироби різного призначення, а при його сполученні з арматурою – залізобетонні вироби, які мають підвищену міцність не тільки при стиску а й при виникненні напружень розколювання та розтягу. В сучасному будівництві – бетон є основним будівельним матеріалом.

Класифікація бетонів. Бетони класифікують за різними ознаками. Найбільш часто бетони класифікують за середньою густиною, за видом в'яжучої речовини, за крупністю заповнювачів а також в залежності від їх призначення. За середньою густиною бетони бувають:

• Особливо важкі (ρ0 ≥ 2500 кг/м3), їх можна виготовляти з використанням заповнювачів що містять руду різних металів.

• Важкі (ρ0=1800-2500 кг/м3). Їх виготовляють з використанням звичайних щільних заповнювачів таких як кварцовий пісок, гранітний щебінь або гравій.

• Легкі (500 кг/м3 <ρ0 <1800 кг/м3). До них належать крупнопористі (безпіщані) бетони, бетони на пористих заповнювачах, а також ніздрюваті бетони.

6

• Особливо легкі (ρ≤500 кг/м3). До них належать ніздрюваті бетони а також легкі бетони на особливо пористих заповнювачах.

За видом і крупністю заповнювачів бетони бувають: дрібнозернисті з найбільшою крупністю заповнювача до 10 мм включно і крупнозернисті з максимальною крупністю заповнювачів більше 10 мм.

За видом в'яжучої речовини бетони поділяють на слідуючи види:

• цементні; • гіпсові; • силікатні, що виготовляють на основі в'яжучих автоклавного твердіння

(вапняно-кремнеземисті в'яжучі); • на основі безклінкерних, в основному шлакових та зольних в'яжучих

автоклавного і безавтоклавного твердіння; • полімерцементні, які виготовляють на основі комбінації цементу з

полімерами; • полімерні – на основі полімерних в'яжучих (пластбетони).

За призначенням важкі бетони класифікують наступним чином:

• Звичайні - для несучих конструкцій будівель та споруд (балок, колон і таке інше).

• Високоміцні (В40 і більше) - для конструкцій що сприймають значні зовнішні навантаження.

• Дорожні - для дорожнього будівництва та аеродромних покриттів. • Гідротехнічні - для споруд, що частково або повністю працюють у воді. • Декоративні - для виготовлення зовнішніх фактур та опоряджувальних

шарів бетону в конструкціях. • Жаростійкі - для промислових печей та інших конструкцій що працюють

в умовах підвищених температур. • Хімічно стійкі – для експлуатації в хімічно агресивних середовищах.

Легкі бетони за призначенням бувають:

• Конструкційні – для виготовлення конструкцій, які сприймають зовнішні навантаження;

• Теплоізоляційні – для виробів і конструкцій які мають значний термічний опір;

• Конструкційно-теплоізоляційні - для конструкцій які здатні одночасно сприймати зовнішні навантаження і мають відповідний термічний опір.

2. МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ВАЖКОГО БЕТОНУ

Компонентами бетонної суміші є в'яжучі матеріали, вода, заповнювачі і добавки.

Всі матеріали повинні відповідати вимогам технічних умов і державних стандартів.

7

В'яжучі матеріали. В'яжучими матеріалами для цементного бетону є різні види цементів. При виборі виду цементу слід враховувати умови роботи бетону у виробах і конструкціях. Враховується також техніко-економічна доцільність його використання.

За мінералогічним складом і видом добавок розрізняють слідуючи види цементів:

• портландцемент та його різновиди, а саме сульфатостійкий, швидкотвердіючий, кольоровий та інші;

• шлакопортландцемент і його різновиди; • пуцолановий цемент і його різновиди.

Властивості цементів визначаються мінералогічним складом, тонкістю помела і технологічними умовами виробництва. Найважливішою характеристикою цементу є його активність або марка. При виборі марки цементу для бетонних конструкцій слід враховувати характер зростання міцності, в залежності від умов твердіння. Інтенсивно набирається міцність у початкові строки твердіння цементів з підвищеним вмістом С3А і С3S. Для пропарювання цементів велике значення має вміст С4АF. При автоклавній обробці ефективно використовувати белітові цементи з високім вмістом С2S, а також цементи з підвищеним вмістом кремнеземистих речовин з аморфною структурою. Збільшення тонкості помелу цементу сприяє інтенсивному зростанню міцності бетону у ранньому віці. В процесі твердіння цементи виділяють різну кількість теплоти в залежності від тонкості помелу та мінералогічного складу. Важливою характеристикою цементів є їх нормальна густота або водопотреба, яка коливається в межах 22-40%. На величину нормальної густоти впливають тонкість помелу і мінералогічний склад.

При тривалому зберіганні активність цементу знижується. Найбільші втрати активності характерні для високоміцних і швидкотвердіючих цементів. Активність цементів знижується при взаємодії його з водяною парою і вуглекислотою повітря. Це пояснюється тим, що цементні зерна гідратуються, при цьому утворюється вільне вапно яке частково карбонізується. Щоб втрати активності були мінімальні, цемент слід упаковувати в водонепроникаючу тару або використовувати гідрофобні добавки.

Гідрофобні добавки вводять під час помелу з клінкером, вони утворюють гідрофобні плівки на поверхні зерен цементу і запобігають процесам його гідратації.

Для шлакопортландцементу характерне повільне зростання міцності у початкові строки твердіння, особливо при низьких температурах твердіння. Вміст шлаку в шлакопортландцементі становить 30-80%. Для такого цементу характерне понижена екзотермічність. Шлакопортландцемент ефективно використовувати для конструкцій які зазнають тривалого нагрівання. За жаростійкістю він кращий від звичайного портландцементу. Це пояснюється тим що вільний Са(ОН)2 який утворюється при гідратації портландцементу

8

під час нагрівання розкладується на СаО і Н2О. В шлакопортландцементі вміст вільного Са(ОН)2 менше порівняно із звичайним портландцементом. Шлакопортландцемент має більшу ніж звичайний портландцемент сульфатостійкість і водостійкість. Ефективно використовувати шлакопортландцемент при обробці бетону водяною парою.

Пуцолановий цемент має підвищену водостійкість а його негативними властивостями є підвищені нормальна густота і водопотреба. Пуцолановий цемент доцільно використовувати для гідротехнічних споруд, він не рекомендується для бетонів, які працюють в умовах сухого і жаркого клімату.

Добавки до бетонів. При виготовленні бетонів і розчинів для поліпшення їх фізико- механічних властивостей і по техніко-економічним міркуванням використовують різні добавки. Їх вводять у вигляді сухих порошків або водних суспензій і розчинів безпосередньо в бетонозмішувач одночасно з іншими складовими, або змішують попередньо з в'яжучім шляхом спільного помелу. Добавки вводять відповідно до нормативних вказівок або результатів лабораторних випробовувань.

За призначенням добавки бувають декількох видів. Активні мінеральні добавки здатні взаємодіяти з гідроксидом

кальцію (який міститься в гідратованому цементі), створюючи з ним міцні і стійкі сполуки. Змішування добавок у тонкомеленому вигляді з повітряним вапном додає їм властивість гідравлічного в'яжучого, а з портландцементом підвищує його водо- і сульфатостійкість. Ці добавки можуть бути природні і штучні. До перших відносять осадові (діатоміти, трепели, опоки) і вулканічні породи (попіл, пемзи, туфи, траси), а до других - доменні гранульовані шлаки, белітовий (нефеліновий) шлам, кислі золи-виносу , випалені глини і кремнеземисті відходи.

Варто віддавати перевагу добавкам з високою активністю і, по можливості, низькою водопотребою, що сприяють одержанню бетонних і розчинних сумішей із меншою витратою в'яжучого.

Добавки-наповнювачи хімічно не взаємодіють зі складовими в'яжучого. Вони будучи подрібненими до тонкості цементу, здатні надавати бетонним сумішам зв'язність, пластичність і ущільнювати структуру бетону, дозволяючи зменшувати витрату в'яжучого. Багато з таких добавок при високій тонкості помелу, температурі 150…200 0С і підвищеній вологості середовища твердіння (наприклад, при автоклавній обробці) набувають активні властивості. Так, природний кварцовий пісок у цих умовах може заміняти частину цементу без зниження міцності бетону. Добавки-наповнювачи застосовують при виготовленні бетонів і будівельних розчинів, якщо марка цементу для бетонів необхідної міцності занадто висока, а розрахункова кількість цементу для одержання необхідного класу бетону недостатня для надання бетону необхідної легкоукладальності і щільності.

9

Спеціальні добавки-наповнювачи можуть використовуватися для підвищення захисної здатності бетонів і будівельних розчинів проти радіоактивних випромінювань.

До природних добавок-наповнювачів відносять кварцовий пісок, вапняк, доломіт, вивержені породи, пилуватий кварц, глини, а до штучних - деяких види паливних зол і шлаків.

Тонкість помелу добавок-наповнювачів повинна бути не менше, ніж портландцементу. Для бетонів бажано застосовувати добавки, що не вимагають помелу (пилуваті золи і ін.), або породи, що легко подрібнюються разом із водою або розпускаються в ній при інтенсивному перемішуванні, а для будівельних розчинів ефективно використання глин. Добавки, використовувані тільки для ущільнення розчинів і бетонів, можуть бути більш грубого помелу. Відсотковий вміст добавки встановлюється експериментальним шляхом.

Поверхнево-активні добавки підрозділяють на гідрофільно-пластифікуючи, гідрофобно-пластифікуючи і мікропіноутворюючи.

До перших відносяться, наприклад концентрати технічних лігносульфонатів (ЛСТ). Концентрати ЛСТ - це кальцієві солі лігносульфонових кислот із домішками мінеральних речовин. Ефективними сучасними пластифікуючими добавками є так звані суперпластифікатори.

До гідрофобно-пластифікуючих добавок відносяться: милонафт, асидол, асидол-милонафт, окислений петролатум, кремнійорганічні рідини ГКЖ-10, ГКЖ-11, ГКЖ-94. Такі добавки вводять у в'яжучі, бетони і будівельні розчини для зменшення їхньої водопотреби і витрати в'яжучого із зберіганням або збільшенням пластичності, а також для підвищення морозостійкості бетонів і розчинів у конструкціях, що піддаються багатократному перемінному заморожуванню й відтаюванню або зволоженню і висиханню. Добавку ГКЖ-94 рекомендується застосовувати в бетонних і залізобетонних спорудах, до яких пред'являються особливо високі вимоги по морозостійкості.

Гідрофобно-пластифікуюч добавки крім того, зберігають цементи від швидкої втрати активності при тривалому перевезенні або збереженні і запобігають появі плям на поверхні бетону.

Дозування поверхнево-активних добавок попередньо перевіряється експериментальним шляхом, особливо при виготовленні виробів, що піддаються тепловологісній обробці щоб уникнути зниження їхньої міцності.

Добавки піно- і газоутворювачи. До перших, застосовуваним для виготовлення ніздрюватих бетонів, відносяться клеєканіфольні, смолосапонові, алюмосульфонафтенові піноутворювачі, також піноутворювач ГК. Допускається також застосування й інших піноутворювачів, якщо піна і приготовлений на ній ніздрюватий бетон задовольняють вимогам технічних умов. До газоутворювачів, застосовуваним для газобетонів, відноситься алюмінієва пудра ПАК-3 і ПАК-4.

10

Добавки - прискорювачі твердіння і уповільнювачі тужавлення цементів. До прискорювачів твердіння цементів, що збільшують зростання міцності бетонів і розчинів, особливо в ранньому віці, відносяться хлористий кальцій СаСl2, соляна кислота НСl, хлористий натрій NaCl, сірчанокислий глинозем Al2(SO4)3, поташ К2СО3, нітрат кальцію Са(NО3)2, хлорне залізо FeCl3, будівельний гіпс. Застосування СаСl2 або НСl дозволяє зменшити кількість води і витрату цементу за рахунок деякого підвищення рухливості бетонної суміші.

Вплив СаСl2 на підвищення міцності бетону пояснюється його каталітичним впливом на гідратацію С3S і С2S, а також реакцією із С3А і С4АF, у результаті чого утворяться хлоралюминати. Не допускається застосовувати СаCl2 і деякі інші прискорювачі твердіння для залізобетонних виробів, попередньо напружених дротовою арматурою діаметром 5 мм і менше, для виробів автоклавного твердіння і призначених для експлуатації при відносній вологості повітря більш 60%. а також тих виробів, у яких за умовами експлуатації неприпустимі підвищена гігроскопічність і утворення плям на їх поверхні.

Сумісна добавка пластифікатору і прискорювача твердіння, а також інгібітору (добавки, що запобігає корозії арматури) нітриту натрію або нітрату натрію може сприяти економії цементу.

Добавки-суперпластифікатори дозволяють на 15…20% знизити водопотребу бетонних сумішей і відповідно прискорити твердіння бетону.

До добавок-уповільнювачів відносяться: гіпс, сірчанокисле залізо Fе2(SО4)3 і поверхнево-активні речовини (тваринний клей, ЛСТ, милонафт і ін.). Оптимальна кількість добавки встановлюється експериментальним шляхом з одночасною перевіркою міцності бетону або розчину.

Заповнювачі. За величиною і крупністю зерен заповнювачі поділяють на дрібні і крупні. Як дрібні заповнювачі в більшості випадків застосовують пісок з розміром зерен 0,16 – 5 мм. Крупний заповнювач – це гравій, щебінь а також суміш щебеню з гравієм. Найбільша крупність крупних заповнювачів коливається в межах 5 – 150 мм. За походженням заповнювачі бувають природні і штучні. Природні заповнювачі утворюються шляхом подрібнення гірських порід або їх беруть в природному насипному стані. Штучні заповнювачі це відходи промисловості (доменні шлаки, керамічний бій) а також до штучних заповнювачів відносять спеціально виготовлені зернисті матеріали, такі як шлакова пемза, керамзит, аглопорит тощо. Під час транспортування заповнювачів потрібно створювати такі умови, щоб вони не забруднювалися.

В якості дрібних заповнювачів в більшості випадків використовують як природні так і штучні піски. Природні піски в залежності від родовищ бувають річкові, озерні або морські, гірські. Слід зазначити, що гірські піски мають підвищену кількість домішок порівняно з іншими пісками.

Природні піски використовують: у звичайному природному вигляді; фракціоновані – поділені на фракції; з поліпшеним зерновим складом.

11

Природний пісок доброго зернового складу має насипну густину, як правило, не менше ніж 1550 кг/м3, пустотність близько 40%.

Крупність пісків оцінюють за модулем крупності. Бажано, щоб модуль крупності був 2 і більше. В залежності від модуля крупності піски поділяють на слідуючи групи:

• крупний, модуль крупності 2,5 і більше; • середній, модуль крупності від 2,0 до 2,5; • дрібний, модуль крупності від 1,5 до 2,0; • дуже дрібний, модуль крупності від 1,0 до 1,5; • пилуватий, з модулем крупності до 1.0.

Вміст у піску зерен з розмірами 5-10 мм повинен бути не більше як 5%.

За існуючими нормами для природного піску вміст пилуватих та глинястих домішок допускається не більше 3%, а для штучноподрібненого не більше 5%. Пилуваті і глинясті домішки підвищують водопотребу бетонної суміші, погіршують зчеплення піску з цементним тістом, знижують міцність бетону. Органічні домішки дуже шкідливі для бетону, їх вміст в заповнювачах допускається не більше 1%.

Крупні заповнювачі характеризуються гірською породою з якої вони утворилися або були виготовлені, міцністю, крупністю, зерновим складом.

За міцністю крупний заповнювач поділяється на марки 1000, 800, 600, 400, 300, 200. Міцність заповнювача повинна бути вища ніж міцність бетону в 1,5 рази для бетонів класів В22,5 і менше, а для бетону більш високих класів за міцністю міцність заповнювача повинна бути не менше ніж в 2 рази вище.

Для магматичних порід марка заповнювача має бути не менше ніж 800, метаморфічних не менше 600, осадових – 300. Придатність заповнювача для бетону перевіряється експериментально.

Міцність заповнювача оцінюється величиною його дробимості. В стальний циліндр засипають крупний заповнювач, він ставиться під прес і створюється постійний тиск 20 тонн. За величину дробимості приймають кількість подрібненого заповнювача в відсотках від маси всієї проби.

За морозостійкістю крупні заповнювачі поділяються на марки 25, 50, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000. Марка за морозостійкістю повинна відповідати марці за морозостійкості самого бетону.

В залежності від крупності зерен крупні заповнювачі поділяються на слідуючи групи (фракції):

• особливо дрібні, крупність 5-10мм; • дрібні – 10-20 мм; • середні – 20-40 мм; • крупні – 40-70 мм.

12

Допускається використовувати замість фракції 5-10 мм, фракцію 3-10 мм. Вміст пилуватих і глинистих домішок в крупному заповнювачі допускається не більше 2-3% (для гравію 2%, щебеню 3%).

Вода для бетону. У всіх випадках для замішування бетонної суміші дозволяється застосовувати чисту питну воду. Вода для замішування бетонної суміші не повинна мати солоного або солонуватого смаку. Загальний вміст солей допускається не більше 0,005 мг/л; вміст сульфатів не більше 2700 мг/л, а водневий показник pН не менше 4. Морську воду допускається застосовувати, якщо вміст солей не перевищує норму. Не допускається використовувати для приготування бетону болотну воду, яка багата на органічні речовини і гумусові кислоти. Придатність води для змішування бетонної суміші оцінюється хімічним аналізом, або шляхом безпосередніх випробувань в бетоні.

3. ВЛАСТИВОСТІ БЕТОННОЇ СУМІШІ

Бетонною сумішшю називається раціонально підібрана і добре перемішана суміш в'яжучого, води і заповнювачів. Бетонна суміш має пластично-в'язкі властивості і здатність до ущільнення. Після втрати пластичності бетонна суміш перетворюється на складний конгломератний матеріал який називається бетоном.

Легкоукладальність бетонної суміші. Легкоукладальність (текучість) характеризується здатністю бетонної суміші набувати необхідної форми під дією сил гравітації або механічного впливу. При оцінці і виборі величини легкоукладальності слід враховувати, що бетонна суміш повинна добре перемішуватися в застосовуваних бетонозмішувачах, не розшаровуватися при транспортуванні, добре заповнювати форми з допомогою прийнятих методів ущільнення. Бетонні суміші прийнято поділяти на пластичні та жорсткі. Як пластичність (рухливість) так і жорсткість характеризується одним терміном – легкоукладальність.

Пластичні суміші можуть бути різного ступеня пластичності або текучості, від дуже рухливих, які не потребують значних зусиль при укладанні і здатні до самоущільнення, до малорухливих для укладання яких треба прикласти значні зусилля. Пластичні суміші через високий вміст води потребують більше цементу і піску в порівнянні з жорсткими сумішами. Цемент в них використовується не тільки для надання міцності бетону, а й для досягнення потрібної пластичності. Характерною особливістю пластичних бетонних сумішей є повільне зростання міцності у ранній період твердіння. Вони здатні деформуватися у разі раннього розпалублення виробів або виймання пустотоутворювачів.

Для укладання жорстких бетонних сумішей використовують тривале вібрування, вібропресування та інші силові способи ущільнення. Завдяки невеликому вмісту води застосування жорстких бетонних сумішей дозволяє економити вміст цементу на 10-30%. Вони мають здатність до швидкого

13

зростання міцності у ранній період твердіння. Їх часто використовують для виготовлення швидкотвердіючих і надміцних бетонів.

Бетони із жорстких сумішей мають більш щільну структуру , а тому вони більш стійкі до впливів навколищного середовища.

Рухливість пластичних сумішей (рис. 3.1) вимірюють за допомогою стандартного конуса висотою 300мм. Вимірюють рухливість за осадкою конусу з відформованої бетонної суміші із середньою похибкою 1 см. Випробовування проводять два рази і визначають середнє арифметичне значення.

Залежно від рухливості бетонні суміші поділяють на:

• малорухливі • рухливі • текучі або литі

Жорсткість характеризується часом вібрації в секундах, потрібним для вирівнювання і ущільнення попередньо сформованої бетонної суміші. Випробування проводять слідуючим чином (рис. 3.2): на вібромайданчик жорстко закріплюють форму з конусом . Заповнення конусу і ущільнення бетонної суміші відбувається так само як і при визначенні рухливості. Конус знімають, повертають штатив, встановлюють диск над бетонною сумішшю і плавно його опускають на поверхню сформованої бетонної суміші .

Рис. 3.1. Визначення рухливості бетонної суміші: а – загальний вигляд стандартного конуса для випробування; б – жорстка суміш; в – малорухлива суміш; г – рухлива; д – дуже рухлива; в – лита.

14

Одночасно включають секундомір і вібромайданчик. Диск поступово опускається і ущільнює бетонну суміш. Виділення суміші через два отвори на диску означає завершення випробовування. За величину жорсткості приймають час в секундах. Середня похибка вимірювання становить 1 секунду. Необхідно проводити 2 випробування з однієї суміші і брати середнє значення.

За жорсткістю бетонні суміші поділяються на жорсткі, час вібрації для яких коливається від 5 до 20 секунд, особливо жорсткі - понад 20 секунд, малорухливі до 5 секунд.

Б.Г. Скрамтаєвим був запропонований спрощений спосіб визначення жорсткості, який полягає в слідуючому: в форму з розмірами 200 на 200мм встановлюють стандартний конус , який заповнюють і ущільнюють стандартним чином, конус знімають, включають вібромайданчик. Випробування продовжують поки бетонна суміш не заповнить рівномірно всі кутки форми. Отримані значення перемножують на коефіцієнт , який коливається від 3 до 5 в залежності від виду цементу та заповнювачів.

За здатністю ущільнюватися жорсткі бетонні суміші поділяються на такі які ущільнюються без привантаження і які ущільнюються з додатковим привантаженням.

Рис 3.2. Прилад для визначеня жорсткості бетонної суміші: 1 – форма; 2 – упори; 3 – конус; 4 – лійка; 5 – штанга; 6 – напрямна втулка; 7 – втулка диска; 8 – диск з шістьма отворами; 9 – штатив; 10 – втулка штатива; 11 – затискач штатива.

15

Реологічні властивості бетонної суміші. Бетонну суміш можна характеризувати як конгломерат по різному орієнтованих частинок, які знаходяться під дією сил гравітації, тертя, зчеплення , інерції. В укладеній бетонній суміші вони займають стійке положення і бетонна суміш має відповідні пружні властивості. Тому ці суміші здатні до самоущільнення. В жорсткій суміші сили тертя і зчеплення великі, і тому для її ущільнення треба докласти значних зусиль.

За основну реологічну властивість бетонної суміші можна прийняти її структурну в'язкість. Якщо прошарок цементного тіста між зернами заповнювача великій то реологічні властивості бетонної суміші визначаються властивостями самого цементного тіста, а якщо цей прошарок не великий то реологічні властивості бетонної суміші визначаються як властивостями цементного тіста так і взаємодією його з заповнювачами, тобто тертям і зчепленням.

При зміні товщини прошарку цементно–піщаного розчину від 0.3 до 1 мм жорсткість зменшується в 4…5 разів, а зменшення жорсткості приводить до покрашення легкоукладальності. Якщо товщина прошарку цементно-піщаного розчину більше 1 мм ,то жорсткість зменшується в незначних межах.

Як відомо, бетонна суміш за своїми фізичними властивостями займає проміжне місце між рідиною і твердим тілом. Міцність структури бетонної суміші визначається граничним напруженням зсуву. Бетонна суміш це фізичне тіло яке має пружно – в'язкі властивості, її текучість зумовлена пластичною в'язкістю. Властивості пружно – в'язких сумішей вивчає область науки яка називається реологією.

Об'єктом реологічних досліджень є напруження зсуву. До важливих реологічних властивостей належать: пластичність, в'язкість, розшарування а також легкоукладальність бетонної суміші. Пластичність бетонної суміші характеризується здатністю деформуватися без розривів тобто без втрати щільності під дією зовнішнього механічного впливу. Пластичність оцінюється величиною жорсткості, а текучість значенням осадки конуса.

Щоб суміш добре перемішувалася і ущільнювалася вона повинна мати певну в'язкість. Величина в'язкості зумовлюється співвідношенням щебеню і цементно-піщаного розчина, а також опором зсуву. В'язкість бетонної суміші буде найкращою при оптимальному значенні опору зсуву. Якщо опір зсуву менше за оптимальний, то бетонна суміш буде мати недостатню зв'язність.

В'язкість залежить від товщини прошарку цементно-піщаного розчину між зернами щебеню, а також від питомої поверхні, форми зерен, кількості і пустотності щебеню.

Для бетонної суміші характерні мікрозв'язки між частками, що їх складають внаслідок чого вони мають тиксотропні властивості. Тиксотропією називають здатність бетонної суміші розріджуватися під впливом вібрування і відновлювати свою структуру після припинення

16

вібрування. В цементному тісті і в бетонній суміші частинки з яких вони складаються чинять опір взаємному переміщенню таких частинок. Цей опір вимірюється в'язкістю в процесі вібрування. Для конкретної бетонної суміші існує граничне значення швидкості зсуву, при переході якого бетонна суміш втрачає пружно – в'язкі властивості і перетворюється на важку рідину.

Структурна в'язкість обчислюється за формулою:

,ν

y τ= (3.1)

де τ - напруження зсуву; ν - швидкість зсуву. В'язкість дуже чутлива до зміни швидкості вібраційних коливань. Із

збільшенням швидкості вібраційних коливань величина структурної в'язкості зменшується. На величину в'язкості впливає також направленість вібрування (горизонтальне або вертикальне).

При низьких значеннях В/Ц більш ефективним з точки зору досягнення оптимальної в'язкості є горизонтальне направлення вібрування. При високих значеннях В/Ц ця різниця не така суттєва. Водо-цементне відношення бетонної суміші також суттєво впливає на в'язкість бетонної суміші.

Слід зазначити що інтенсивне і тривале вібрування може привести до седиментації бетонної суміші. Тому тривалість, частоту і амплітуду вібрування слід визначити виходячи з характеристики самої бетонної суміші та особливостей бетонуємої конструкції (модуль поверхні конструкції, ступінь і частота армування і т.д.).

Вібрування бетонної суміші має затухаючий характер. Тому при виборі обладнання і інтенсивності вібрування велике значення приділяють рівномірності вібраційного впливу в об'ємі виробу або конструкції.

Розшарування бетонної суміші. Причини розшарування бетонної суміші можуть бути різні. Однією з них є різниця значень густини частинок з яких складається бетонна суміш.

Розшарування може бути внутрішнім та зовнішнім. Внутрішнє розшарування полягає в переміщенні частинок під дією сил гравітації. Це явище характерне для рухливих бетонних сумішей. Зовнішнє розшарування полягає в розміщенні крупних зерен заповнювача в поверхневому шарі бетонної суміші. Це явище часто спостерігається при вивантаженні бетонної суміші і особливо характерно для жорстких бетонних сумішей.

Розшарування може також відбуватися внаслідок недостатньої водоутримуючої здатності компонентів бетонної суміші.

Водоутримуюча здатність цементу орієнтовно становить 1,65хНГЦТ (НГЦТ-нормальна густота цементного тіста).

Коефіцієнт ущільнення бетонної суміші. Ступінь ущільнення бетонної суміші оцінюється коефіцієнтом ущільнення (Ку). Коефіцієнт ущільнення це відношення фактичної середньої густини ущільненої бетонної суміші до її теоретичного значення:

17

.K То

Фo

yρ

ρ= (3.2)

Теоретичну густину бетонної суміші обчислюють за формулою:

ВЩПЦВЩПЦ

щпц

ТО

+ρ

+ρ

+ρ

+++=ρ , (3.3)

де Ц, П, Щ, В – витрати відповідно цементу, піску, щебеню, води, кг/м3; ρц, ρп, ρщ – значення густини цементу, піску та щебеню, кг/м3.

Повністю ущільненою вважається бетонна суміш, якщо коефіцієнт ущільнення Ку=0,98. При цьому міцність бетону приблизно на 10% менше за теоретичне значення. Слід відзначити, що недоущільнення бетонної суміші до 5% призводить до зменшення міцності приблизно на 30%.

4. ВПЛИВ КОМПОНЕНТІВ ТА ВИРОБНИЧИХ ФАКТОРІВ НА

ВЛАСТИВОСТІ БЕТОННИХ СУМІШЕЙ Вплив води замішування. Найважливіша характеристика бетонної

суміші – легкоукладальність, в першу чергу залежить від вмісту води. Вода в бетонній суміші знаходиться або в зв'язаному або в вільному стані. Зв'язана вода в свою чергу може бути фізично і хімічно зв'язана. Кількість хімічно зв'язаної води залежить від виду цементу, водо-цементного відношення, умов і тривалості твердіння. Вплив В/Ц та часу твердіння бетону на кількість зв'язаної води наведений на рис. 4.1 .

Відомо, що кількість води в бетонній суміші завжди більше ніж теоретично потрібно для проходження хімічних реакцій твердіння цементу. Навіть за достатньо низьких В/Ц в бетонних сумішах

завжди є вільна вода. Деяка частина води зв'язана силами поверхневого

Рис. 4.1. Вплив В/Ц на кількість зв'язаної води залежно від віку бетону: 1 – 1 доба; 2 – 3 доби; 3 – 28 діб; 4 – 1 рік

18

молекулярного притягання, тобто знаходиться у фізично зв'язаному стані. Така вода утворює на поверхні твердих частинок дуже тонкі плівки води товщиною в декілька сотень молекул.

Фізично зв'язана плівкова вода, що безпосередньо примикає до поверхні твердих частинок, зазнає дуже великого тиску, який може досягати сотень тисяч атмосфер, тому така вода набуває деякої пружності і міцності. В міру віддалення від поверхні молекулярні сили слабшають і вода поступово переходить в звичайний стан характерний для рідини.

При збільшенні вмісту вільної води зменшується в'язкість бетонної суміші і підвищується її рухливість. Якщо вміст вільної води перебільшує деякі оптимальні межі, то спостерігається розшарування бетонної суміші і відокремлення води. Відокремлення води буде тим більшим чим більше величина водо-цементного відношення.

Відокремлення води полягає в тому, що в процесі ущільнення тверді частинки осідають внизу а вода піднімається вгору утворюючі при цьому

сполучені між собою капіляри. Про негативний вплив явища відокремлення води говорить той факт що для виробів товщиною 50см міцність поверхневих шарів на 15 - 20% менша ніж міцність нижніх шарів. Явище розшарування і відокремлення води можна уникнути якщо використовувати жорсткі бетонні суміші або вводити добавки

поверхнево-активних речовин (ПАР).

Для всіх складів бетонної суміші існує залежність між кількістю води та величиною жорсткості, яке відображається рівнянням:

,5,8

1ВВ

1ЖЖ

= (4.1)

Рис. 4.2. Залежність жорсткості бетонної суміші від нормальної густоти цементного тіста: 1 – В/Ц=0,25; 2 – В/Ц=0,30; 3 – В/Ц=0,35. Примітка: жорсткість визчачалась за допомогою технічного віскозиметру.

19

де Ж1, В1 – відомі значення жорсткості та водовмісту, Ж, В – жорсткість і водовміст які треба знайти.

Вплив цементу. Структурна в'язкість бетонної суміші зменшується з збільшенням кількості цементного тіста і водо-цементного відношення. На величину структурної в'язкості істотно впливає нормальна густота цементного тіста (НГЦТ).

Нормальна густота цементного тіста характеризує водоутримуючу здатність цементу і визначається кількістю води в % від маси цементу.

Як видно з рис. 4.2, із збільшенням нормальної густоти цементного тіста при однаковому значенні В/Ц, жорсткість бетонної суміші різко зростає, тому для досягнення однакової жорсткості при використанні цементу з високою нормальною густотою слід збільшувати витрати цементу. Вплив нормальної густоти на легкоукладальність бетонних сумішей особливо часто

спостерігається при використанні бетонних сумішей на основі пуцоланового цементу, який характеризується підвищеними значеннями нормальної густоти цементного тіста. Відомо, що для укладання і ущільнення виробів на основі пуцоланового цементу треба докласти більше зусиль порівняно із звичайним цементом.

Вплив заповнювачів. Кількість і зерновий склад заповнювачів визначається відповідним лабораторним підбором.

Оптимальний вміст піску буде такий, який при заданій рухливості бетонної суміші потребує найменшу кількість води. Він залежить від крупності і пустотності крупного заповнювача, а також водо-цементного відношення. Добре підібрані жорсткі бетонні суміші мають кількість піску, що

приблизно відповідає пустотності крупного заповнювача. Вміст піску в суміші заповнювачів характеризується рівнянням:

%100VV

VrШП

П ⋅+

= , (4.2)

Рис. 4.3. Залежність структурної в'язкості бетонної суміші від вмісту піску. Примітка: жорсткість визначалась з допомогою технічного віскозиметру.

20

де Vп,Vщ - відповідно абсолютні об'єми піску та щебеню. Так, для бетонної суміші з витратою води 140 л/м3 і цементу 200

кг/м3 (рис. 4.3) оптимальний склад піску в загальній суміші заповнювачів становить 35…36%. При збільшенні або зменшенні цього співвідношення структурна в'язкість бетонної суміші різко зростає.

Крупність піску теж впливає на жорсткість і пластичність суміші. Ця залежність характеризується даними на рис. 4.4, з якого видно, що із збільшенням крупності піску жорсткість знижується і рухливість суміші підвищується. При збільшенні модуля крупності піску понад 2,5 ці показники практично не міняються.

Вплив часу вистоювання на властивості бетонної суміші. Укладання та ущільнення бетонної суміші відбувається через деякий час після її виготовлення. В залежності від прийнятої технології виготовлення з моменту приготування бетонної суміші до її укладання проходить 10…30 хв, а іноді і більше в залежності від рухливості бетонної суміші.

В залежності від часу вистоювання бетонної суміші величина її рухливості зменшується на різну величину. Незалежно від В/Ц за перші 30 хв

рухливість зменшується на 50% і більше. Далі рухливість зменшується не так інтенсивно.

Зниження легкоукладальності бетонної суміші при ії вистоюванні пояснюється рядом факторів, головними з яких є такі:

• процес гідратації цементу і утворення структури цементного тіста; • вбирання води заповнювачами; • випаровування води.

Рис. 4.4. Вплив крупності піску на пластичність і жорсткість бетонної суміші: 1 – осадка конуса, см; 2 – жорсткість, с. Примітка: жорсткість визначалась з допомогою технічного віскозиметру.

21

Зміну рухливості бетонної суміші під час вистоювання залежно від початкового вмісту в ній води показано на рис. 4.5.

Як видно, характер зміни рухливості залишається однаковим для сумішей з різним водовмістом. Зниження рухливості за перші 30 хв. становить до 50%, а далі воно не таке інтенсивне.

Легкоукладальність бетонної суміші залежить від температури при якій бетонна суміш витримується до її укладання в опалубку. При початковій рухливості 10 см, через 1 годину вистоювання бетонна суміш має рухливість 1,5 см, якщо вона витримується при t = 25°С. В той же час при температурі вистоювання 5°С рухливість становить 5,5 см.

Погіршення легкоукладальності бетонної суміші з часом її вистоювання можна компенсувати більш інтенсивним її ущільненням. На виробництві початкове значення легкоукладальності слід визначити з врахуванням часу її вистоювання до укладання в опалубку.

5. СТРУКТУРА БЕТОНУ ТА ФАКТОРИ, ЩО ЇЇ ВИЗНАЧАЮТЬ

Бетон являє собою складну багатофазну систему, що складається з цементного каменю з рівномірно розподіленими в ньому включеннями у вигляді зерен піску і крупного заповнювача, а також більш-менш дрібних пір, заповнених водяними розчинами мінеральних речовин і повітрям. Пористість бетону є наслідком як самої природи цементного каменю, так і прийнятої технології виготовлення бетону. В окремих випадках створюється штучна пористість шляхом введення в бетонну суміш газоутворюючих і повітрявтягуючих добавок, пінистої маси і т.п. У звичайних щільних бетонах пористість в значній мірі залежить від водоцементного відношення, прийнятого при замішуванні бетонної суміші.

По класифікації М.О.Мощанского, у залежності від походження пори й інші порожнини в цементному камені і бетоні можна розділити на наступні види:

• Пори цементного гелю; розмір їх коливається від 0,0025 до 0,1 мкм (пори ці в основному замкнуті);

Рис. 4.5. Зміна пластичності бетонної суміші під час вистоювання: 1 – В/Ц=0,66; 2 – В/Ц=0,71; 3 – В/Ц=0,77.

22

• Капілярні пори, що утворюються в результаті випаровування і міграції вологи. Розмір їх коливається в досить широких межах - від 0,1 мкм і менше (мікрокапіляри) до 10-50 мкм (макрокапіляри); ці пори в основному відкриті і сполучені між собою;

• Відкриті тріщини і мікротріщини температурно-усадочного походження. Товщина їх може досягати декількох мм;

• Повітряні пори, що утворилися в результаті навмисного утягнення повітря в бетонну суміш при виготовленні ніздрюватих бетонів, застосування повітрявтягуючих добавок, при виготовленні й укладанні бетонної суміші. Ці пори можуть мати різний розмір - від 5-25 мкм (повітря, що втягнене із добавками) до 0,1-5 мм (у пінобетоні, повітряні пори в більшості випадків

• Замкнуті пори; пустоти і порожнини, що утворюються під стержнями арматури, зернами крупного заповнювача і т.п., у результаті внутрішнього розшаровування і седиментації (осадження) бетонних сумішей;

• Порожнини які є результатом поганого укладання і ущільнення.

Відкриті пори порушують структуру бетону і зменшують його водонепроникність, збільшують водопоглинання, знижують морозостійкість і стійкість проти дії хімічно агресивних рідин. Закриті пори, навпаки, поліпшують експлуатаційні властивості бетону, підвищуючи його довговічність, зокрема морозостійкість.

Зменшити відкриту пористість можна шляхом зменшення водоцементного відношення і кількості води для замішування бетонної суміші. Однак доводиться рахуватися з тим, що вода в бетоні є не тільки хімічним реагентом, але і гідромастилом, що забезпечує бетонній суміші необхідну рухливість або технічну в'язкість.

Уникнути деякого надлишкового вмісту води в бетоні, більшого ніж потрібно для проходження реакції цементу з водою дуже важко. Отже, не можна цілком звільнитися і від капілярних пір у затверділому бетоні. Водночас є багато засобів і прийомів для зміни структури бетону і створення матеріалу, у залежності від його призначення із заздалегідь заданими властивостями. На властивості бетону впливають технологічні фактори, прийняті способи виготовлення і формування бетонної суміші, режим твердіння бетону. Змінюючи вихідні матеріали, склад, технологічні режими, можна регулювати структуру бетону в потрібному напрямку.

6. ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНІВ

Бетон використовують як основний матеріал для несучих конструкцій будівель та споруд.

Основною вимогою до його якості є міцність на стиск. Однак деякі споруди (наприклад, резервуари, напірні труби ) працюють як на стиск так і на розтяг. Бетони, що працюють під тиском води повинні мати високу

23

водонепроникність. Для дорожніх та гідротехнічних бетонів існують також вимоги як за міцністю, так і за морозостійкістю. Для бетону, що застосовується для теплових апаратів важливою властивістю є жаростійкість. Бетони для житлових будівель і споруд повинні мати як можна меншу теплопровідність і як найкращу звукоізоляційну здатність.

6.1. МІЦНІСТЬ БЕТОНУ Загальні відомості. Міцність бетону характеризується його

здатністю не руйнуватися під дією зовнішніх сил. Міцність бетону залежить від багатьох факторів: В/Ц; активності або марки цементу; умов і строку твердіння. Інші фактори також впливають на міцність бетону, але не так виразно, до їх належить: вид цементу; якість заповнювачів; умови приготування бетонної суміші, її транспортування і укладання.

Клас бетону та його марки визначають шляхом випробування зразків – кубів у віці 28 діб. Для масивних гідротехнічних споруд, які здаються в експлуатацію пізніше, зразки можуть випробуватися у віці 60, 90, 180 діб. Для випробувань застосовують зразки з довжиною ребра 7, 10, 15, 20, 30 см.

Клас бетону характеризує так звану гарантовану міцність бетону у виробничій партії. Марка бетону характеризує середнє значення міцності у виробничій партії. Для визначення класу або марки бетон повинен твердіти в так званих нормальних умовах, в приміщенні з температурою 20°С, відносною вологістю не менше 90% на протязі проектного віку.

Міцність бетону визначають за формулою:

,F

PR α= МПа (6.1)

де Р – руйнуюче навантаження, Н; F – робоча площа зразка, см2; α - перевідний коефіцієнт до міцності стандартних зразків-кубів з довжиною ребра 20 см, ( для зразків-кубів з довжиною ребра 10 см α=0,8).

Більш точно ніж бетонні куби, міцність бетону характеризує міцність зразків-призм із співвідношенням сторони основи до висоти не менше 4.

Співвідношення призмової міцності Rпр до міцності зразків-кубів Rкуб становить:

.7,0 ... 8,0кубR

прR= (6.2)

В США та Канаді для визначення міцності бетону використовують зразки–циліндри з діаметром основи 15 см, та висотою 30 см.

Важливою характеристикою бетонних і залізобетонних виробів є їх однорідність за міцністю. Однорідність бетону за міцністю характеризується коефіцієнтом варіації:

R

SVC = , (6.3)

24

де, СV - коефіцієнт варіації; S – середнє квадратичне відхилення міцності випробувальних зразків від середньої міцності бетону у виробничій партії.; R - середнє значення міцності в партії, обчислюється за формулою:

,n

n

1i iRR

∑== (6.4)

де Rі – міцність окремого зразка; n – кількість випробувальних зразків. Середнє квадратичне відхилення обчислюють як:

( ).

1n

n

1iRR

S−

∑=

−

= (6.5)

Якщо число випробувальних зразків n більше або дорівнює 30, то в знаменнику замість виразу (n – 1) залишають тільки значення n.

Із збільшенням коефіцієнту варіації зменшується однорідність бетону за міцністю. В залежності від прийнятої технології виготовлення виробів та конструкцій, культури виробництва та інших факторів коефіцієнт варіації змінюється в широких межах (від 0,08 до 0,25).

Залежність міцності бетону від активності цементу і цементно-водного відношення. Дослідженнями було встановлено, що основні фактори, які впливають або визначають міцність - це цементно-водне (Ц/В) або водо-цементне (В/Ц) відношення, а також активність або марка цементу (Rц).

Вплив цих факторів можна виразити залежністю: )

цR;В/Ц(f

бR = . (6.6)

Для практичних розрахунків користуються формулою: ),5,0В/Ц(цARбR −= (6.7)

де А – коефіцієнт, який характеризує якість заповнювачів, вміст в них шкідливих домішок, нормальну густоту цементного тіста, температуру твердіння. Ця формула виражає закон цементно-водного відношення , згідно з яким міцність бетону прямолінійно залежить від цементно-водного відношення до Ц/В = 2,25, після чого залежність має непрямолінійний характер (рис. 6.1).

На практиці часто використовують також такі формули: )5,0В/Ц(цARбR −= , якщо Ц/В ≤2,25 (6.8 а)

)5,0В/Ц(цR1

ARб += , якщо Ц/В>2,25 (6.8 б)

де А, А1 – коефіцієнти, що характеризують якість заповнювачів. Наведені формули міцності використовують в розрахунках для:

25

• визначення Ц/В або В/Ц; • прогнозування міцності бетону в вибраному проектному віці; • підбору необхідної марки або активності цементу для досягнення

проектної міцності бетону.

Вплив застосовуваного цементу на міцність бетону. Міцність бетону прямолінійно зв'язана з маркою цементу. Так, із зменшенням марки цементу у два рази міцність бетону зменшується також у 2 рази.

Хіміко – мінералогічний склад цементу має суттєвий вплив на міцність бетону. На зростання міцності бетону у ранньому віці (до 7 діб) головний вплив має вміст трьохкальцієвого алюмінату та трьохкальцієвого силікату. Двохкальцієвий силікат мало впливає на зростання міцності бетону у ранньому віці, але має важливий вплив на наростання міцності у більш пізньому віці (20..30 діб).

Чотирикальцієвий алюмоферит дещо менше впливає на міцність, ніж трьохкальцієвий алюмоферит, і тільки в пізніші строки (понад 7 діб).

Вплив часу твердіння на міцність бетону. Бетон інтенсивно твердіє і набирає міцність в початкові строки твердіння, після чого процес твердіння уповільнюється. Міцність бетону у певному віці можна прогнозувати згідно з логарифмічною залежністю.

Рис. 6.1. Залежність міцності бетону від цементно-водного відношення (закон Ц/В).

26

,28lg

lg28RR

τ=τ (6.9)

де τ –вік бетону, діб. Вплив заповнювачів на міцність бетону. Заповнювачі створюють

каркас бетону, дозволяють зменшити витрати цементу, підвищити щільність і міцність бетону, зменшити усадочні деформації і напруги.

Збільшення у відповідних межах в бетонній суміші кількості крупного заповнювача сприяє підвищенню міцності бетону, особливо при високих В/Ц і низькій міцності розчину.

Вміст крупного заповнювача в 1 м3 бетону, що забезпечує найкращу легкоукладальність суміші, коливається в межах 0,85…0,95 м3.

Найбільш оптимальним співвідношенням дрібного і крупного заповнювачів, що сприяє економії цементу і підвищенню міцності і довговічності бетону, є таке, що забезпечує мінімальну пустотність їх суміші. Для цього знаходять співвідношення r, яке характеризує вміст піску в загальному об'ємі заповнювачів:

.щVпV

nVr

+= (6.10)

де Vп,Vщ – відповідно абсолютні об'єми піску та щебеню.

Орієнтовно, в першому наближенні приймають r як r=П-0,02 , де П-пустотність суміші заповнювачів, що виражається в частках одиниці. Після чого величину r коректують шляхом пробних замісів, при цьому вважають, що таке значення співвідношення r , що забезпечує найкращу

легкоукладальність бетонної суміші буде

забезпечувати найбільшу міцність бетону.

Рис. 6.2. Залежність оптимального вмісту піску (r) від кількості цементу в сумішах: 1 – з осадкою конуса 10…12 см; 2 – те саме, 2…4 см; 3 – жорсткістю (за технічним віскозиметром) 40…50 с

27

На рис. 6.2 наведено графік залежності оптимального вмісту піску (r) від кількості цементу для пластичних і жорстких сумішей.

З графіка видно, що із збільшенням витрати цементу потрібна кількість піску в суміші при сталій рухливості зменшується. Це має особливе значення для високоміцних бетонів. Для таких бетонів порівняно із звичайними кількість піску слід зменшувати на 20…25%.

Міцність самих заповнювачів повинна бути вище класу або марки бетону. Міцність заповнювачів визначається шляхом випробування безпосередньо гірської породи або їх випробуванням в бетоні. Відомо, що міцність щільних заповнювачів майже завжди забезпечує міцність бетону, тоді як міцність і структура заповнювачів із слабких гірських порід може істотно впливати на міцність бетону. Зерна щільного піску як правило не випробують на міцність.

Шкідливі домішки, що містяться в заповнювачах завжди знижують міцність бетону. Для бетонів високих марок наявність пилуватих і глинястих частинок може знижувати міцність бетону на 20-25%.

Вплив виробничих факторів на міцність бетону. Міцність бетону залежить не тільки від кількості і якості складових, а і великою мірою визначається рядом виробничих факторів, зокрема точністю дозування компонентів, умовами перемішування бетонної суміші та ущільнення бетонної суміші, способами її транспортування.

На сучасних заводах цемент, воду і добавки дозують з точністю ±1%, а заповнювачі ±2%. Однак на практиці трапляються більші відхилення.

Встановлено, що тривале перемішування бетонної суміші в певних оптимальних межах збільшує міцність бетону. Якщо збільшення тривалості перемішування пластичних сумішей понад 1,5…2 хв дуже мало впливає на міцність бетону, то для жорстких бетонних сумішей збільшення тривалості перемішування понад 2 хв істотно підвищує міцність бетону. Однак, для жорстких сумішей збільшення тривалості перемішування понад 10хв зменшує міцність бетону.

Слід відзначити, що ефективного перемішування жорстких сумішей і однорідної структури бетону можна досягти тільки застосовуючи змішувачі примусової дії.

Ущільнюють бетонну суміш, як правило шляхом її вібрування або поєднання вібрування з штампуванням її та прокатом. Під впливом вібрування бетонна суміш піддається коливальному руху. Дістаючи імпульси, ії складові коливаються в положенні нестійкої рівноваги, в результаті чого суміш набуває властивостей важкої рідини. Внутрішнє тертя бетонної суміші різко зменшується, і вона легко заповнює форму і ущільнюється.

Основними випробуваннями параметрами процесу вібрування є інтенсивність, частота, амплітуда вібраційних коливань. Інтенсивність вібрування є функцією амплітуди і частоти коливань. Встановлено, що для

28

бетонної суміші одного складу, яку ущільнюють однаковий час матиме місце наступне правило: A1

2f13= A2

2f23=…= An

2fn3=const, (6.11)

де А-амплітуда; f-частота вібраційних коливань. При виборі

параметрів віброущільнення слід враховувати, що із збільшенням добутку A2f3 бетон ущільнюється в більш повній мірі. і отже, буде зростати його міцність.

Залежно від легкоукладальності

бетонної суміші для повного ії ущільнення треба витратити різну кількість роботи. При постійних частоті і амплітуді вібрування ця кількість роботи визначається для кожного виробу тривалістю його вібрування. Надлишкове вібрування

практично не впливає на міцність бетону, а якщо суміші пластичні то вони розшаровуються.

За даними А.Є. Десова максимальна міцність бетону досягається тривалістю вібрування, яка дорівнює показнику жорсткості суміші (Ж) або більша від нього (при однакових параметрах вібрування і визначенню жорсткості за технічним віскозиметром).

На рис. 6.3 подано характеристику залежності міцності бетону від тривалості вібрування.

6.2. МОРОЗОСТІЙКІСТЬ Із всіх атмосферних впливів на бетон найбільш небезпечним є його

багаторазове перемінне заморожування і відтаювання. Бетон руйнується особливо швидко при спільній перемінній дії води і морозу.

Морозостійкість характеризує кількість циклів перемінного заморожування і відтаювання, яку бетон витримує без зменшення своєї міцності більше ніж на 5%. Для важкого бетону встановлені слідуючи марки за морозостійкістю: 100, 150, 200, 300, 400, 500.

Згідно з державним стандартом регламентується кількість циклів заморожування і відтаювання як число переходів від 0°.

В результаті багатьох досліджень було встановлено, що на морозостійкість бетону впливають: структура, кількість і вигляд капілярів, пустот і пор в бетоні, В/Ц, наявність і властивості добавок та інші фактори.

Рис. 6.3. Залежність міцності бетону від тривалості вібрування.

29

Вода при її замерзанні в капілярах збільшується в об'ємі приблизно на 9% і створює руйнівний вплив на бетон. Відомо, що вода при її переході в лід в замкнутому просторі створює тиск 28…50 МПа. Однак в структурі бетоні такий великий тиск не виникає, тому що капіляри і пори в бетоні не є замкненим простором, а сполучаються між собою системою капілярів і пустот.

Вода в бетоні замерзає поступово і не повністю. Вода. що знаходиться в найбільш тонких капілярах при переході через 0° не замерзає. Така фізично зв'язана вода замерзає при значно більш низьких температурах (-20°С і менше).

Із зниженням температури і збільшенням тривалості заморожування в лід переходить до 90% води. Зміна температури заморожування з –10 до –20 0С помітно знижує міцність бетону. Так, шлакобетон, який витримав 10 циклів при температурі –15 0С, руйнувався після першого циклу при температурі заморожування –35 0С.

Великий вплив на величину морозостійкості має ступінь водонасичення. При водонасиченні 85% бетон руйнується вже за декілька циклів. Особливо небезпечним є сумісна дія високого водонасичення і дуже низьких температур. Відомо, що якщо бетон з водонасиченням 80% при температурі -10°С може витримувати близько 10 циклів перемінного заморожування і відтаювання, то при температурі -30°С не більше як 1..2 циклів. Особливо швидко і сильно бетон руйнується при сумісній дії заморожування, великого водонасичення і електролітів – кислот, солей і лугів.

Було запропоновано велику кількість розрахункових залежностей, які дозволяють прогнозувати морозостійкість бетонів. Більшість з них заснована на теорії гідравлічного тиску, яку розробив американський вчений Т. Пауерс. Згідно з цією теорією вода при її замерзанні створює гідравлічний тиск, при цьому вона або руйнує структуру бетону або витискується у вільні, заповнені повітрям пори. Такі повітряні пори повинні бути обов'язково закриті і не сполучатися з навколишнім середовищем. Ці пори утворюються в результаті:

• Хімічної контракції (зменшення об'єму новоутворень при твердінні цементного тіста порівняно з об'ємом вихідних компонентів);

• За рахунок введення в бетонну суміш поверхнево-активних речовин (ПАР).

Наступна формула характеризує взаємозв'язок між морозостійкістю бетону, складом бетонної суміші і об’ємом (кількістю) вільних повітряних пор:

)110(kF kF −= , (6.12)

30

де F-морозостійкість (кількість циклів перемінного заморожування і відтаювання); k-коефіцієнт, який характеризує вид цементу; для портландцементу k=170; значення Fk обчислюється за формулою:

−+⋅⋅−

⋅⋅+=

1уК1000Цα0,5В

Цα0,06п.п10VFk

, (6.13)

де Vп.п.-об’єм повітряних пор; α- ступінь гідратації цементу; Ку -коефіцієнт ущільнення бетонної суміші (відношення фактичної густини бетонної суміші до її розрахункового значення).

За допомогою наведених формул або прогнозують величину морозостійкості, або визначають об’єм повітряних пор необхідний для досягнення заданої морозостійкості.

Ступінь гідратації цементу характеризує скільки зерен цементу від загальної маси вступили в хімічну реакцію з водою в певний час твердіння цементу.

Рис. 6.4. Вплив втягнутого повітря на морозостійкість бетону: 1 – по даним американських стандартів; 2 – за вітчизняними даними

31

На рис. 6.4 наводиться взаємозв’язок між морозостійкістю і вмістом втягнутого повітря.

Крива 1 побудована згідно стандартів США та Канади, крива 2 – за вітчизняними даними. Як видно з рис. 6.4 вміст 3% повітря в бетоні дозволяє отримати бетон з морозостійкістю до 500 циклів. Більш високі значення морозостійкості за даними американських дослідників пояснюється тим що їх стандартами допускається зменшення міцності при випробуваннях не більше ніж на 25%, на відміну від 5% за вітчизняними нормами.

На рис. 6.5 наводиться зв'язок між В/Ц і морозостійкістю бетону. Як видно з рис. 6.5 , згідно з експериментальними даними, водо-цементне відношення морозостійких бетонів не повинно бути більше ніж 0.7.

Залежність морозостійкості бетону від міцності при стиску характеризується формулою:

в2 V35,0Aст1 expRAkF ⋅⋅⋅⋅= , (6.14)

Рис. 6.5. Вплив втягнутого повітря на морозостійкість бетону: 1 – вміст втягнутого повітря 3%; 2 – вміст втягнутого повітря 0%

32

де Rст - міцність бетону при стиску, МПа; Vв - об'єм втягненого повітря, %; k - коефіцієнт, що залежить від виду вихідних матеріалів (для піску з Мк=2,0 та щебеню з найбільшою крупністю зерен до 20 мм, k=1); А1, А2 - коефіцієнти, обумовлені легкоукладальністю суміші (табл. 6.1).

Таблиця 6.1 Значення коефіцієнтів А1, А2 для бетонних сумішей

різної рухливості і жорсткості

Легкоукладальність бетонної суміші А1 А2

Рухливі бетонні суміші (ОК = 9…12 см) 0,34 1,68

Малорухливі бетонні суміші (ОК=1…4 см) 0,91 1,47

Жорсткі бетонні суміші 2,48 1,25

На величині коефіцієнтів А1 і А2 позначається водовміст бетонної

суміші необхідний для досягнення заданої рухливості або жорсткості. Як відомо, водовміст суміші поряд з В/Ц визначає об'єм капілярних пор у бетоні і відповідно об'єм утвореного льоду. У порівняно широкому діапазоні класів бетону (В15… В60) коефіцієнти А1 і А2 у формулі (6.14) можна вважати практично постійними (табл. 6.1).

На величині коефіцієнта k повинні позначатися особливості вихідних компонентів. В міру накопичення емпіричних даних про значення параметрів А1, А2 і k формула (6.14) може широко використовуватися як при прогнозуванні морозостійкості так і для проектування складів морозостійких бетонів. В останньому випадку визначається необхідний об'єм втягненого повітря в % по формулі:

35,0RAk

FlnV

2Aсж1

в

⋅⋅= . (6.15)

6.3. ВОДОНЕПРОНИКНІСТЬ Фільтрація води в бетоні відбувається по великих ходах (капілярах) з

розмірами понад 0.01 мм. Більш тонкі капіляри не пропускають воду навіть під високим тиском.

Вода переміщується в бетоні внаслідок дифузійних процесів. Експериментально встановлено, що температура також має вплив на процеси фільтрації води. Вода переміщується в напрямі теплового потоку в бетонній конструкції.

Проникність бетону залежить від його пористості, яка утворюється при твердінні. Пори утворюються також в результаті випаровування

33

надлишкової води яка береться для замішування бетонної суміші. Певний об'єм пор і пустот утворюється при укладанні бетонної суміші в форми або опалубку. Пори та капіляри можуть сполучатися або не сполучатися між собою, вони можуть бути відкриті та закриті. Водонепроникність визначається головним чином відкритою капілярною пористістю.

При проектуванні складу бетону визначаються дві характеристики які чисельно характеризують водонепроникність.

1. Марки за водонепроникністю, які визначаються максимальним тиском води в атмосферах, що витримують стандартні зразки-циліндри з діаметром і висотою 150 мм, при якому ще не спостерігається просочення води.

2. Коефіцієнт фільтрації, який характеризує кількість води (фільтрату),яка просочується за одиницю часу через одиницю площі при градієнті, що дорівнює 1.

Градієнт води - це відношення напору водяного стовпчика в метрах до товщини конструкції в метрах.

За існуючими нормами та стандартами бувають слідуючи марки за водонепроникністю (W): 2, 4., 6, 8, 10, 12, 14 і більше. Бетон цих марок витримує тиск води відповідно не менше 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 МПа.

В залежності від марок за водопроникністю встановлюють види бетону за його щільністю( табл. 6.2).

Таблиця 6.2 Види бетону за щільністю

Вид бетону Умовне позначе-ння

Марка за водонепро-никністю

Водопогли-нання, %, за масою

В/Ц не більше

Нормальний Н W4 5,7…4,8 0,6

Підвищенно-щільний П W6 4,7…4,3 0,55

Особливо-щільний О W8 4,2 і менше 0,45

В.П. Сізовим пропонується прогнозувати водонепроникність за

формулою: )5,0В/Ц()100/R(AW ц −⋅⋅= , (6.16)

де Rц – марка цементу. Коефіцієнт А в формулі (6.16) для еталонного складу бетонної

суміші дорівнює 1, а для інших складів уточнюється згідно з номограмою на рис. 6.6, яка враховує вплив В/Ц, витрату води, активних і інертних добавок, об'єм повітряних пор.

34

Більш точно характеризує водонепроникність бетону коефіцієнт фільтрації, який обчислюється за формулою:

τPSQ

ηК фф ⋅⋅

= , (6.17)

де КФ- коефіцієнт фільтрації; η- в'язкість води (при температурі води 20˚С η=1); Qф- кількість фільтрату; S-площа поверхні зразка бетону; τ-час фільтрації; Р-тиск води.

За даними СНіП коефіцієнт фільтрації бетону пов'язаний з марками за водонепроникністю (табл. 6.3).

Для корозійностійкого бетону коефіцієнт фільтрації зв'язаний зі строком експлуатації конструкції наступним чином:

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,160,18

В, л

V пор , л

∆ В, л 70 50 30 10

70 50 30 10

130 150 170 190 210 230 B, л

Ді, %

Да , %

В/Ц

20 151050

0 15 25 35

0,7 0,65 0,600,5 0,53

0,16

0,14

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0, 02

+ ∆А

- ∆А

Рис. 6.6. Номограма для уточнення коефіцієнту А в формулі 6.16 Да – вміст активних мінеральних добавок (типу трепелу, золи-винос, доменного гранульованого шлаку); Ді – інші добавки, малоактивні, інертні (типу меленого вапняку, піску)

35

τHLWК ф ⋅

⋅= , (6.18)

де W-кількість фільтрату, см3/с; L-товщина конструкції, м; Н- напір води, м; τ-строк експлуатації конструкції, роки.

Таблиця 6.3 Відповідність між марками бетону за водонепроникністю та коефіцієнтом

фільтрації (СНіП ІІ 21-75) Коефіцієнт фільтрації Кф (см/с) при випробовуванні на зразках у стані Марка бетону за

водонепроникністю сухому водонасиченному

W2 7.10-9…2.10-8 5.10-10…1.10-9 W4 2.10-9…7.10-9 1.10-10…5.10-10 W6 6.10-10…2.10-9 5.10-11…1.10-10 W8 1.10-10…6.10-10 1.10-11…5.10-11

W10 6.10-11…1.10-10 5.10-12…1.10-11 W12 Менше 6.10-11 Менше 5.10-12

Примітка: Коефіцієнт фільтрації визначають відповідно ГОСТ 19426-74 на зразках у стані: сухому для конструкцій , що працюють в повітряно-сухих умовах; водонасиченному – для конструкцій, які постійно працюють у воді.

Коефіцієнт фільтрації використовують також для прогнозування

проникності бетону по відношенню до інших речовин (масла, нафти).

вКфK

ηη= , (6.19)

де Кф- коефіцієнт фільтрації води; К- коефіцієнт проникності досліджуваної речовини; η -в’язкість досліджуваної речовини; ηв- в’язкість води.

Коефіцієнт фільтрації зв'язаний з міцністю бетону слідуючою залежністю: Кф=126Rст

-7.7. (6.20) Зв'язок між міцністю бетону у віці 28 діб та коефіцієнтом фільтрації

графічно представлений на рис 6.7. На водонепроникність бетону впливає водо-цементне відношення.

Встановлено, що при зменшенні В/Ц від 0.5 до 0.3 водонепроникність бетону збільшується в 10…20 раз.

Пластифікуючі і повітрявтягуючі добавки збільшують величину водонепроникності завдяки утворенню дуже дрібних закритих пор. Використовують також інші речовини які взаємодіють з цементом і утворюють нові сполуки, що ущільнюють бетон і зменшують його пористість.

36

На величину водонепроникності впливають вид цементу і умови вистоювання бетону.

Експериментально встановлено, що величина

водонепроникності збільшується при використанні пуцоланового або шлакопортландцементу. При використанні таких цементів, якщо вони твердіють в вологому середовищі спостерігається явище самоущільнення бетону.

Практично можна виготовити майже водонепроникний бетон, якщо максимально зменшити В/Ц, застосовувати заповнювачі з мінімальною пустотністю їх суміші, а також при введенні в бетон активних мінеральних добавок чи

пластифікуючих добавок. Для збільшення водонепроникності бетону необхідно ретельно ущільнювати бетонну суміш при її укладанні в форми або опалубку. При необхідності використовують конструктивні методи захисту бетонних конструкцій від дії води. Вони полягають в слідуючому:

• Облицюванні бетонної поверхні керамічною плиткою; • Просочуванні бетонної поверхні водостійкими полімерами; • Фарбуванні поверхні.

6.4. ТЕПЛОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ Теплопровідність. Теплопровідність бетону залежить від трьох

основних факторів: пористості, температури і вологості. Для бетону що використовується для теплоізолюючих конструкцій

теплопровідність є одним з найважливіших показників. Із збільшенням вологості теплопровідність бетону збільшується, що

пояснюється тим що вода має теплопровідність приблизно в 25 разів більше ніж повітря. Із збільшенням температури теплопровідність зростає.

Дрібнопористий бетон з замкнутими порами має меншу теплопровідність ніж крупнопористий бетон із сполученими між собою порами.

Рис. 6.7. Залежність коефіцієнту фільтрації бетону від міцності при стиску.

37

Коефіцієнт теплопровідності λ знаходиться в межах від 0,08 КДж/м год ˚С для особливо легких до 1,5 КДж/м год ˚С для звичайних важких бетонів. Для надважких бетонів λ становить 3 і більше КДж/м год ˚С.

Вогнестійкість і жаростійкість бетонів. Вогнестійкість-це здатність бетону витримувати короткочасну дію вогню, наприклад при пожежі. Жаростійкість -це здатність бетону довго витримувати дію високих температур, наприклад при експлуатації теплових агрегатів без значного зниження міцності.

Бетон є вогнестійким матеріалом, здатним витримувати короткочасну дію високих температур. Однак слід враховувати, що при різкому охолодженні його водою, поверхневий шар бетону може тріскатися, що призводить до подальшого його руйнування.

Не рекомендується використовувати бетон, виготовлений із звичайного портландцементу, при тривалій дії температур понад 250-300˚С.

Вплив температури середовища на міцність бетону, показано на рис. 6.8.

З графіка видно, що при температурі 400-500˚С міцність бетону різко знижується, що пов'язане з хімічним розкладанням гідросилікатів, гідроалюмінатів кальцію. Різні марки цементу і різна його витрата, практично не змінюють міцності бетону при підвищених температурах.

Для підвищення жаростійкості бетону рекомендують наступні технологічні прийоми:

• Введення до бетонної суміші тонкомелених мінеральних добавок-наповнювачів. Добавки-наповнювачі виступають як стабілізатори цементу (вступають в хімічну реакцію з вільним вапном, що виділяється при твердінні цементу, з наступним утворенням гідросилікатів кальцію).

Рис. 6.8. Вплив температури середовища на міцність звичайного бетону на портладцементі.

38

• Використання спеціальних заповнювачів, в якості яких можуть виступати шамот, базальт, цегляний бій, подрібнений залізняк, туфи і т.д..

• Використання спеціальних в'яжучих замість портландцементу, наприклад глиноземистого цементу або рідкого скла з кремнефтористим натрієм.

Тепловиділення бетону. Тепловиділення бетону є результатом екзотермічних реакцій твердіння цементу. На практиці ефект тепловиділення бетону може мати як позитивний так і негативний вплив на довговічність конструкцій та виробів.

Позитивно впливає тепловиділення бетону на конструкції та споруди, що бетонуються в зимових умовах, при від'ємних температурах навколищного середовища, а негативний вплив тепловиділення можливий для масивних бетонних споруд, в тих випадках коли виникають значні температурні напруження в бетоні.

Для масивних бетонних споруд знаходять допустиме тепловиділення виходячи з умови обмеження температури, за наступною формулою:

( )бпкр

0 ttkcQ −

ρ= , (6.21)

де Q-тепловиділення, кДж/м3; c-питома теплоємність бетону, кДж/(кг град); ρ0-середня густина бетону, кг/м3; k коефіцієнт, який залежить від умов твердіння бетону і в середньому становить 0,8…0,9; tкр- критична температура бетону (максимальна допустима температура розігріву бетону), визначається проектом; tбп- початкова температура бетону (температура укладання бетонної суміші).

Критичну температуру бетону визначають в залежності від середньої температури навколишнього середовища:

ttt сркр ∆+= , (6.22)

де t∆ - відхилення від середньої температури за рік. Якщо бетонні роботи проводяться в зимових умовах із

застосуванням методу "термоса", то величина тепловиділення, а також теплота яка іде на нагрів компонентів бетону повинна бути не менше ніж теплові втрати бетону через опалубку. Допустима величина тепловиділення бетону при цьому знаходиться в залежності від модуля поверхні конструкції та необхідної тривалості охолодження бетонної конструкції для досягнення необхідної міцності: Q=KT MП(tбс-tзп)τ-сρ0(tбп-tбк), (6.23) де KT-коефіцієнт теплопередачі опалубки, кДж/(м2 год град); MП-модуль поверхні конструкції (відношення площі поверхні до об'єму конструкції); tбс-середня температура за період твердіння бетону; tзп-температура зовнішнього середовища; τ-тривалість охолодження, діб; с-питома теплоємність бетону; tбп-початкова температура бетону; tбк-кінцева температура бетону.

39

Середню температуру бетону за час охолодження, 0С рекомендується визначати за формулою:

( )к.бп.бn

к.бп.бк.бс.б tt006,0М18,003,1

tttt−++

−+= . (6.24)

Час охолодження τ вибирається з умови досягнення бетоном міцності, передбаченої проектом виконання робіт (рис. 6.9). До моменту можливого замерзання рекомендується досягнення міцності бетону на стиск для класів: В7,5 і В10 - 50%; В15 і В25 - 40%; В30 і В40 - 30%.

1009080706050403020100

2 4 6 8 10121416182022242628

1009080706050403020100

R 28 , %

2 4 6 8 10121416182022242628

τ,сут

50 0 40 0 30 0 20 0

10 0

5 0

1009080706050403020100 8 16 24 32 40 48 56 64 72

1009080706050403020100 8 16 24 32 40 48 56 64 72

τ,ч

30 0

040

50 060 0

70 080 0

R 28 , %

R 28 , %R 28 , %

τ,сут τ,ч

50 0 40 0 30 020 0

10 0

5 0

80 0

70 0 60 050 0

040

30 0

90 0

Рис. 2.10. Графики нарастания прочности бетона [93]:а - при температуре до 400С на портландцементах М400, М500;

б - то же на шлакопортландцементах марок М300, М400; в - при прогреве на портландцементах марок М400, М500; г - то же на шлакопортландцементах марок М300, М400;

а в

б г

Рис. 6.9. Графіки наростання міцності бетону: а - при температурі до 400С на портландцементах М400, М500; б - те ж, на шлакопортландцементах М300, М400; в - при прогріві на портландцементах М400, М500; г - те ж, на шлакопортландцементах М300, М400.

40

Незалежно від класу бетону рекомендується досягнення 70% проектної міцності для пролітних будівель мостів, попередньо напружених і особливо відповідальних залізобетонних конструкцій, 100% проектної міцності для конструкцій, які піддаються відразу після затвердіння багатократному поперемінному заморожуванню і відтаюванню або дії розрахункового тиску води і конструкцій, до яких ставляться спеціальні вимоги за морозостійкістю і водонепроникністю.

Для бетонів із протиморозними добавками до моменту можливого замерзання міцність на стиск звичайно повинна бути не меншою 5 МПа.

Значення допустимого тепловиділення може застосовуватися для знаходження відповідної витрати цементу, виходячи з умови: Q=qЦ, (6.25) де q - питоме тепловиділення застосовуваного цементу, кДж/кг.

Питоме тепловиділення цементу зручно знаходити згідно з даними табл. 6.4.

Таблиця 6.4 Питоме тепловиділення цементу різних видів і марок у залежності від температури і часу твердіння бетону

Вид і марка Темпера- Тепловиділення, кДж/кг, через діб. цементу ратура,0С 0,25 0,5 1 2 3 7 14 28 Портланд- 5 - - 25,2 58,8 88,2 168,0 205,8 235,2цемент 10 8,4 21,0 42,0 84,0 126,0 197,4 231,0 273,0М300 20 29,4 42,0 75,6 126,0 168,0 231,0 252,0 294,0

40 50,4 84,0 147,0 201,6 231,0 252,0 294,0 - 60 84,0 147,0 193,2 243,6 264,6 294,0 - -

Портланд- 5 - - 29,4 63,0 84,0 168,0 210,0 252,0цемент 10 12,6 25,2 50,4 105,0 138,6 210,0 252,0 294,0М400 20 46,2 67,2 105,0 168,0 210,0 273,0 315,0 336,0

40 54,6 126,0 189,0 231,0 273,0 315,0 336,0 - 60 105,0 168,0 231,0 273,0 315,0 336,0 - -

Портланд- 5 12,6 21,0 42,0 84,0 126,0 189,0 231,0 252,0цемент 10 21,0 42,0 63,0 105,0 159,6 252,0 285,6 315,0М500 20 50,4 84,0 126,0 189,0 252,0 294,0 336,0 378,0

40 105,0 168,0 210,0 268,8 294,0 357,0 378,0 - 60 189,0 231,0 273,0 315,0 348,6 378,0 - -

Портланд- 5 16,8 33,6 54,6 92,4 147,0 210,0 252,0 315,0цемент 10 33,6 50,4 75,6 126,0 168,0 273,0 336,0 378,0швидко- 20 63,0 105,0 147,0 210,0 294,0 336,0 378,0 420,0

твердіючий 40 117,6 189,0 231,0 294,0 336,0 378,0 420,0 - М600 60 210,0 252,0 294,0 336,0 378,0 420,0 - -

41

Продовження табл. 6.4 Вид і марка Темпера- Тепловиділення, кДж/кг, через діб. цементу ратура,0С 0,25 0,5 1 2 3 7 14 28

Шлакопорт-ландцемент і пуцолановий портландце-мент М300

5 10 20 40 60

- - -

42,0 63,0

12,6 21,0 37,8 75,6 105,0

21,0 33,6 63,0 117,6147,0

42,0 63,0 126,0168,0201,6

71,4 96,6 138,6201,6222,6

126,0 163,8 205,8 247,8 273,0

168,0 210,0 243,6 273,0

-

189,0231,0273,0

- -

6.5. ДЕФОРМАТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ БЕТОНУ

Пружно-пластичні деформації. Поведінка бетону в конструкціях значною мірою визначається його пружно-пластичниими деформаціями. Повна деформація бетону в певний момент часу ετ складає: ετ = εпр + εnл + εус , (6.26) де εпр - пружна деформація, εnл - пластична деформація, εус - деформація усадки.

Пружна деформація виникає при миттєвому завантаженні бетону. Вона визначається співвідношенням різних елементів структури бетону: гелево-кристалічної маси, капілярних пор, негідратованого цементу й ін..

Модуль пружності (початковий). Характеристикою деформативності бетону в пружній області служить модуль пружності, який називають також початковим або миттєвим модулем пружності бетону Еб (МПа). У лабораторних умовах його знаходять при порівняно невисокому рівні напруження σ (20...30% від межі міцності дослідних зразків) із відношення: Еб = σ / ε , (6.27)

При проектуванні конструкцій для прогнозування модуля пружності бетону при завантаженні його у віці τ найбільше застосування знайшли залежності типу:

ст

стmб R10S

REE+

= , (6.28)

де Rст- кубикова міцність бетону на стиск у віці τ; Еm і S - емпіричні константи. У будівельних нормах рекомендуються значення Еm = 5,3.105; S=200.

При значних коливаннях у вмісті цементного каменю для бетонів із різним модулем пружності заповнювачів можна застосовувати формулу:

стк.ц

ст5б RР 85

R3,510Е+

=⋅ − . (6.29)

де Рц.к - масова частка цементного каменю в бетоні. Динамічний модуль пружності. Динамічний модуль пружності Един

визначається резонансним або ультразвуковим методами і за своєю величиною він приблизно дорівнює початковому модулю пружності,

42

визначеного при статичних випробуваннях. Динамічний модуль пружності зв'язаний із міцністю бетону на стиск залежністю:

ст

ст4

дин R07,01R104Е

+⋅

= . (6.30)

Повзучість. Повзучість Сm - це здатність бетону деформуватися в часі при тривалій дії постійного навантаження. Існує ряд гіпотез, які розглядають механізм деформацій повзучості під дією зовнішнього навантаження як:

• Капілярну усадку, обумовлену зміною розмірів пор у бетоні; • Течу гелю гідросилікатів кальцію в цементному камені під дією теплових

градієнтів і механічних напруг; • Результат механічного видавлювання вологи з цементного каменю; • Наслідок виникнення і розвитку мікротріщин .

Можна вважати, що повзучість є в тієї або іншій мірі результатом комплексу зазначених фізичних явищ, що виявляється у великій кількості факторів, які визначають цей вид деформацій.

У якості міри повзучості приймають питомі деформації бетону на одиницю постійно діючого навантаження. Запропоновано ряд емпіричних формул для розрахунку міри повзучості бетону в залежності від його міцності й основних параметрів складу.

Всі формули для прогнозування міри повзучості за винятком самих ранніх показують її неоднозначний зв'язок із міцністю бетону на стиск. Більшістю дослідників доведено, що на міру повзучості впливає як В/Ц, так і вміст цементного каменю в бетоні, що погоджується з гіпотезами про механізм її розвитку в бетоні.

Більшість емпіричних формул повзучості може бути зведена до виразу:

ст)28(m R

КВС = (6.31)

де Сm(28) - міра повзучості бетону (1/МПа) у віці 28 діб, К- коефіцієнт, який залежить від В/Ц і міцності бетону (К= 16. 10-6), В - витрата води в бетонній суміші, кг/м3.

Для розрахунку повзучості в залежності від часу навантаження Сm(τ) була запропонована формула:

)а

(CC )28(m)(m τ+τ

=τ , (6.32)

де а - час прикладання навантаження; τ - вік бетону. Після швидкої деформації в перші години навантаження ріст

деформацій повзучості сповільнюється. У першому наближенні за період від 3 діб до 2 років вона змінюється як логарифм часу. При цьому навантаження

43

повинне бути значно (наприклад, на 50%) менше граничної руйнуючої напруги.

Усадка бетону. Усадка характеризує власні деформації бетону, тобто деформації, не зв'язані з дією зовнішніх навантажень і які супроводжуються зменшенням об'єму. Розрізняють вологісну, карбонізаційну і контракційну усадку бетону. Найбільше позначається на поведінці бетону в конструкціях і на загальній усадці, вологісна або гідравлічна усадка, характерна для періоду висихання бетону. Зменшення об'єму бетону в процесі його висихання обумовлене, насамперед випаровуванням вільної води із бетону. Карбонізаційна усадка бетону пояснюється зменшенням його об'єму при взаємодії вільного вапна, що міститься в бетоні з вуглекислим газом повітря, в результаті чого утворюється карбонат кальцію CaCO3. Контракційна усадка виникає при проходженні реакцій гідратації в твердіючому цементному тісті, в результаті яких загальний об'єм новоутворень завжди трохи менше ніж загальний об'єм вихідних речовин, які вступили в хімічну взаємодію.

Усадочні деформації викликають у бетоні внутрішні напруження, особливо значні при нерівномірному висиханні конструкцій і роботі їх у стиснутих умовах. Вони можуть викликати, особливо в сполученні з температурними напруженнями, появу тріщин. Усадочні напруження несприятливо впливають на морозостійкість, водонепроникність, втомлюваність, викликають втрати попереднього напруження при натягу арматури.

Для бетонів, до яких ставляться вимоги за тріщиностійкістю, величина усадочних деформацій може нормуватися. Наприклад, для гідротехнічного бетону при відносній вологості повітря 60% і температурі 18оС у віці 28 діб лінійна усадка звичайно допускається не більшою 0,3 мм/м (0,3.10-3), а у віці 180 діб - 0,7 мм/м (0,7.10-3).

Загальна усадка цементного каменю звичайно складає від 3 до 5 мм/м, у бетоні вона коливається в основному від 0,2 до 0,4 мм/м.

На усадці цементного каменю позначаються численні фактори: хіміко-мінералогічний склад, питома поверхня цементу, вміст у ньому гіпсу і лугів, водоцементне відношення й ін. За інших рівних умов кінцева усадка цементного каменю збільшується із збільшенням вмісту двохкальцієвого силікату С2S в цементі. Підвищується також усадка цементного каменю з ростом вмісту трьохкальцієвого алюмінату С3А, питомої поверхні цементу, вмісту лугів. В залежності від виду цементу усадка цементного каменю може змінюватися в 2-3 рази. Однак з огляду на те, що хіміко-мінералогічний склад і дисперсність сучасних заводських портландцементів змінюються в порівняно вузькій області і вирішальний вплив на величину усадки має вміст заповнювачів в бетоні, вплив особливостей портландцементів на величину усадки бетону виявляється малоістотним. Лише при використанні белітових,

44

високоалюмінатних цементів, які промисловістю виготовляються в особливих випадках, вплив мінералогічної характеристики цементу на усадку бетону може стати досить вагомим.

На величині усадки бетону позначаються пружні властивості заповнювачів. Зерна заповнювачів, покриті оболонкою цементного каменю, перешкоджають усадці тим більше, чим вищий їх модуль деформації. Так за експериментальними даними, до річного віку бетони з використанням у якості заповнювача піщанику мали приблизно в 2 рази більшу усадку, ніж на вапняку. Збільшують усадку бетону домішки глинистих частинок у заповнювачі. Водночас, для рядових бетонів на високоміцних щільних заповнювачах коливання модуля пружності заповнювачів, як показує аналіз численних експериментальних даних, не позначається істотно на величині усадки бетону.

Вирішальним фактором, який визначає усадку бетону, є витрата води. При незмінній витраті води в суміші величина εус мало залежить від

витрати цементу і Ц/В. Для розрахунків найбільш простою і зручною є формула:

εус В В⋅ =10 01256 , (6.33)

Прогнозування усадочних деформацій в часі може бути виконане з врахуванням типових залежностей (рис. 6.10).

1 3 6 53 7 1 4 2 8 9 0 1 8 0 д іб1 2 3 ро ки

0 ,2

0 ,8

0 ,6

0 ,4

1 ,0

Ч а с

ε t / ε t∞

Р ис . 2 .1 2 . З ал е ж н іс ть д еф о рм а ц ій ус а д к и б е то н у в ч а с і [1 0 8 ]

ε

Рис. 6.10. Зміна деформацій усадки бетону в часі.

45

За даними міжнародної федерації попередньо напруженого бетону (ФІП) і Європейського комітету по бетону (ЄКБ) через 7 діб твердінні усадка складає 20%; 28 діб. -40%; 180 діб. - 70%; 365 діб. - 80% від граничної деформації усадки εус.гр..

7. ПРОЕКТУВАННЯ СКЛАДУ БЕТОННОЇ СУМІШІ Загальні відомості. Бетонна суміш є багатокомпонентною системою

для якої можна записати наступну умову: V1+V2+…+Vі=1000л , (7.1) де Vі-абсолютний об'єм і-го компоненту бетонної суміші.

Задача проектування складу бетону зводиться до визначення витрат n-компонентів, а саме цементу, води, піску, крупного заповнювача, втягнутого повітря та різних добавок. Проектування складу бетонної суміші засновано на наступних законах та правилах:

• Зв'язку між міцністю бетону і Ц/В (законі цементно-водного відношення);

• Правилі постійності водопотреби бетонної суміші; • Правилі оптимального вмісту піску в загальній суміші заповнювача.

Правило постійності водопотреби (рис. 7.1) полягає в тому, що витрата води залежить тільки від заданої легкоукладальності і крупності заповнювача і не залежить від витрати цементу, якщо витрата цементу не більше ніж 350 кг/м3 Якщо ж витрата цементу більше ніж 350 кг/м3, то витрата води збільшується пропорційно збільшенню витрати цементу.

100 200 300 400 Ц, кг/м3

В, л/м3

Рис. 7.1. Зміна водопотреби бетонної суміші В в залежності від витрати цементу при інших сталих факторах.

46

Правило оптимального вмісту піску полягає в тому що бетон буде мати найбільшу міцність а бетонна суміш найкращу легкоукладальність тільки при певному оптимальному вмісту піску, який не залежить від витрати цементу і крупності заповнювача.

Загальна схема проектування складу бетону наступна:

1. В тих випадках коли задаються властивості бетону які однозначно зв’язані з міцністю при стиску (наприклад задається міцність на розтяг, на згин, модуль пружності) визначають значення міцності при стиску, що забезпечує ці властивості.

2. Визначають Ц/В з врахуванням якісних особливостей заповнювачів, активності цементу та його мінералогічного складу а також умов твердіння бетону.

3. Для забезпечення легкоукладальності бетонної суміші знаходять відповідну витрату води.

4. Якщо задається морозостійкість бетону то розраховують необхідний об'єм втягнутого повітря і коректують Ц/В.

5. Перевіряють властивості, які залежать від витрати води і водо-цементного відношення. Якщо задані значення таких властивостей не досягається тоді коректують водовміст бетонної суміші і Ц/В. До властивостей які залежать від витрати води і цементно-водного відношення належать наприклад повзучість бетону а також його усадка.

6. З врахуванням остаточно знайденої витрати води і Ц/В, визначають витрату цементу і перевіряють обмеження зв'язані з витратою цементу а саме тепловиділення бетону та стійкість його до корозії.

7. Обчислюють витрати дрібного і крупного заповнювачів а також їх склад за фракціями. При цьому необхідно враховувати товщину конструкції та ступінь її армування.

8. Оцінюють ефективність технологічних прийомів для економії цементу.

Якщо міцність бетону задається класом за міцністю при стиску тоді розраховують середню міцність бетону за формулою:

vC64,11BR

−= , (7.2)

де CV- коефіцієнт варіації. Якщо CV невідомий тоді можливе застосування формули:

12,1778,0B1,1R ⋅⋅= (7.3)

Існує велика кількість розрахункових залежностей які зв'язують між собою властивості бетону та витрати компонентів. В останні роки кількість таких залежностей інтенсивно збільшується за рахунок математичних рівнянь, які отримують за допомогою методів математичного планування експериментів. Це дозволяє реалізувати різні методи розрахунку складів бетонних сумішей. Однак загальна схема залишається постійною.

47

Розрахунково-експериментальний метод. Пiд оптимальним скла-дом бетону, як правило, розумiють витрату матерiалiв на 1 м3 бетонної сумiшi, що забезпечує необхiднi властивостi бетону при найменшiй витратi цементу.

Склад бетону для сухих матерiалiв називають номiнальним (лабора-торним), для матерiалiв з визначеною вологiстю - робочим. Як правило, спо-чатку знаходять номiнальний склад, а потiм перераховують його з врахуван-ням вологостi заповнювачiв на робочий склад.

В умовах виробництва розрахунок складу бетону зводиться до визна-чення витрати матерiалiв на замiс бетонозмiшувача. Об'єм замiсу менше сума-рного об'єму сипких компонентiв внаслiдок заповнення цементно-пiсчаним роз-чином пустот мiж зернами крупного заповнювача

( )щпц.с.б V+V+VβV = , (7.4)

де β - коефiцiєнт виходу бетонної сумiшi, для важкого бетону дорiвнює 0,55...0,75; Vц,Vп,Vщ - об'єми вiдповiдно цементу, пiску та крупного заповнювача.

Проектування складу бетону може виконуватися експериментальним або розрахунково-експериментальним методами. До завдання на проектуван-ня складу важкого бетону повиннi бути включенi: необхiднi рухливість або жорсткiсть бетонної сумiшi, клас або марка бетону за мiцнiстю. При необхiдностi нормуються також марки бетону за морозостiйкiстю та водонеп-роникнiстю, вводиться обмеження за щiльнiстю та iн.

Експериментальнi методи проектування складу бетону доцiльнi при великих обсягах бетонних робiт та неоднорiдностi матерiалiв.

Розрахунково-експериментальнi методи прискорюють пiдбiр складiв за рахунок використання емпiричних формул, накопичених графiчних та таб-личних даних. Однак перед рекомендацiєю розрахованого складу виробницт-ву вiн повинен бути експериментально вiдкоригований за необхiдними показ-никами.

Серед розрахунково-експериментальних методiв визначення скла-ду бетону найбiльшого розповсюдження набув метод абсолютних об'ємiв.

Розрахунок складу важкого бетону починається з визначення необхiдного Ц/В або В/Ц.

Орiєнтовно необхiдне Ц/В або В/Ц можна знайти за формулою: ( )5,0В/ЦARR цб −= , (7.5 а)

де Rб - мiцнiсть бетону у вiцi 28 дiб; Ц/В - цементно-водне вiдношення; А - коефiцiєнт, який залежить вiд якостi матерiалiв.

Формула (7.5) вказує на прямолiнiйну залежнiсть мiж мiцнiстю бето-ну, активнiстю цементу та цементно-водним вiдношенням. Вона є справедли-вою для Ц/В < 2,5. При Ц/В > 2,5 (Rб<2АRц) слiд користуватися формулою:

( )5,0В/ЦRAR ц1б += (7.5 б)

48

Залежно вiд якостi матерiалiв приймають слiдуючi значення ко-ефiцiєнтiв:

А А1 Високої якостi 0,65 0,45 Рядовi 0,6 0,4 Задовiльної якостi 0,55 0,37

При дiї на споруди морської та прiсної води, а також в iнших випад-ках, коли нормується щiльнiсть бетону, вводиться обмеження на В/Ц (табл. 7.1).

Таблиця 7.1 Обмеження на В/Ц при дiї морської та прiсної води

В/Ц для бетону немасивних

залізобетонних конструкцій

В/Ц для зовнишньої зони масивних гравіта-ційних впоруд

Умови служби бетону В морсь-кій воді

В прісній воді

В морсь-кій воді

В прісній воді

В зоні змінного рівня води при кліматичних умовах:

особливо суворих

0,42

0,47

0,45

0,48 суворих 0,45 0,50 0,47 0,52 помірних 0,50 0,55 0,55 0,56

В частинах споруд, які постійно знаходяться під водою:

напорних

0,55

0,58

0,56

0,58 безнапорних 0,6 0,62 0,62 0,62

Примiтка. У внутрiшнiх зонах споруд В/Ц приймається, виходячи з умов за-безпечення водонепроникностi, мiцностi, обмеження тепловидiлення.

Для бетону нормальної щiльностi при W4 В/Ц ≤ 0,6; пiдвищеної

щiльностi при W6 В/Ц ≤ 0,55 та особливо щiльних при W8 В/Ц ≤ 0,45. Коли за умовою мiцностi є можливим бiльше водоцементне

вiдношення, нiж за умовою щiльностi, рацiонально вводити до бетонної сумiшi тонкопомелених мiнеральних добавок-мiкронаповнювачiв, якi не збiльшують водопотребу. Необхiдна витрата добавки Д, в кг/м3, може бути підрахована за формулою:

( ) ЦЦ/В

Ц/ВЦ/ВД ⋅′−

= , (7.6)

де В/Ц - водоцементне вiдношення за умовою мiцностi; Ц - витрата цементу за умовою мiцностi, кг/м3; (В/Ц)' - за умовою щiльностi;

49

( )ДЦ

ВЦ/В+

=′ , (7.7)

де В - водовмiст бетонної сумiшi, кг/м3. Пiсля визначення водоцементного вiдношення знаходять необхiдну

кiлькiсть води для досягнення необхiдної рухливостi або жорсткостi бетонної сумiшi. При цьому, як правило, використовують графiчнi або табличнi (табл. 7.2) данi з врахуванням поправок на вид та крупність заповнювачів.

Таблиця 7.2 Водопотреба бетонної суміші

Легкоукладальність

Жорсткість, с

Витрата води, л/м3, при найбільшій крупності заповнювачів

гравію щебеню

Осадка конуса, см за ГОСТ

за техніч-ним віско-зиметром 10 20 40 10 20 40

0 31 120…90 150 135 125 160 145 135

0 30…20 80…60 160 145 130 170 155 145

0 20…11 50…30 165 150 135 175 160 150

0 10…5 15…30 175 160 145 185 170 155

1…2 - - 185 170 155 195 180 165

3…4 - - 195 180 165 205 190 175

5…6 - - 200 185 170 210 195 180

7…8 - - 205 190 175 215 200 185

9…10 - - 215 200 185 225 210 195

Примітка: Якщо використовують дрібний пісок, то витрата води збільшується на 10 л, а якщо крупний – зменшується на 10 л.

50

Знаючи витрати води та водоцементне вiдношення, можна визначити витрату цементу:

( )Ц/ВВЦ = або ( )В/ЦВЦ ⋅= (7.8) Для отримання нерозшарованої бетонної сумiшi витрата цементу по-

винна бути не нижчою вiд деяких мiнiмальних значень. Для неармованого бе-тону мiнiмальна типова норма витрати цементу приймається не менше 200 кг/м3. Допускається зниження витрати цементу до 150 кг/м3 при використаннi як мiнеральної добавки золи ТЕС.

Для забезпечення мiнiмальної витрати в'яжучого ефективно вводити i iншi дисперснi мiнеральнi добавки. При використаннi для внутрiшнiх зон масивних споруд бетонних сумiшей, що укатуються, витрата цементу може бути доведена до 50 кг/м3.

Витрати пiску i крупного заповнювача знаходять шляхом розв'язання системи двох рiвнянь:

=++

=++

н.щ

пщ

пц

Щпц

ρЩαVВ

ρП

ρЦ

1000ρЩ

ρП

ρЦ

(7.9)

де Ц, П, Щ, В - витрати вiдповiдно цементу, пiску, щебеню (гравiю) та води; ρц,ρп, ρщ - густини вiдповiдно цементу, пiску та крупного заповнювача; ρн.щ - насипна густина крупного заповнювача; п

щV - пустотнiсть крупного

заповнювача; α - коефiцiєнт розсуву зерен крупного заповнювача цементно-пiсчаним розчином:

щ

н.щщпщ ρ

ρρV

−= (7.10)

Коефiцiєнт розсуву α характеризує надлишок розчину для заповнен-ня пустот в крупному заповнювачi i залежить для пластичних бетонних сумiшей вiд витрати цементу, водоцементного вiдношення та водопотреби пiску (табл. 7.3).

Перше рiвняння в системi (7.9) складено виходячи з припущення, що 1 м3 бетонної сумiшi (1000 л) дорiвнює сумi абсолютних об'ємiв чотирьох компонентiв. З другого рiвняння витiкає, що об'єм цементно-пiсчаного розчи-ну в бетонi повинен вiдповiдати об'єму пустот мiж зернами крупного запов-нювача з врахуванням певного коефiцiєнту розсуву.

51

Таблиця 7.3 Коефiцiєнт розсуву α для пластичних бетонних сумiшей

Значення α при В/Ц Витрата цементу, кг/м3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 250 1,26 1,32 1,38 300 1,3 1,36 1,42 350 1,32 1,38 1,44 400 1,4 1,45 Примiтки: 1. Таблицю складено для пiскiв з водопотребою Вп = 7 %. При

збiльшеннi Вп на кожний процентα зменшується на 0,03, а при зменшеннi Вп зростає вiдповiдно на 0,03.

2. Для жорстких бетонних сумiшей (Ц < 400 кг/м3) α = 1,05...1,15. При розв'язаннi системи рiвнянь можна отримати розрахунковi фор-

мули для визначення витрати щебню (гравiю) i пiску:

щн.щ

пщ ρ

1ραV

1000Щ+

= (7.11)

пщц

ρВρЩ

ρЦ1000П

++−= (7.12)

Вплив добавок ПАР на легкоукладальнiсть бетонних сумiшей є бiльш помiтним при вiбрацiї. Тому при розрахунку складу бетонiв з добавка-ми пластифiкуючих ПАР осадку конусу бетонної сумiшi приймають на 30...50 % менше, нiж є у бетонах без добавок.

Для пiдвищення морозостiйкостi бетону вводять повiтровтягувальнi ПАР. В розрахунках складiв в цих випадках враховують вплив емульгованого повiтря (Vе) на мiцнiсть бетону:

−

+= 0,5

VВЦARR

ецб

(7.13)

Об'єм емульгованого повiтря враховується i при визначеннi компо-нентiв в сумi їх абсолютних об'ємiв.

Поряд з розглянутим нижче в будiвельнiй практицi використовують i iншi розрахунково-експериментальнi способи проектування складiв.

Приклад. Розрахувати склад бетону класу В15 (М200) у вiцi 28 дiб, що вкладається бетононасосом в неармовану конструкцiю товщиною 700 мм при вiдсутностi арматури. Конструкцiю захищено вiд атмосферних дiй; спецiальних вимог за морозостiйкiстю та водонепроникнiстю не висувається. Активнiсть портландцементу 40 МПа, його густина ρц = 3,1 кг/л, насипна гус-тина ρн.ц = 1,3 кг/л, нормальна густота цементного тiста 26 %. Густина квар-

52

цевого пiску ρп=2,62 кг/л, насипна густина ρн.п = 1,45 кг/л, модуль крупностi дорiвнює 2, водопотреба 8 %, густина гранiтного щебню ρщ = 2,68 кг/л. Рух-ливiсть бетонної сумiшi за умовами укладки бетононасосом приймається рiвною 7 см . Найбiльша крупнiсть заповнювача для бетононасосу 40 мм, на-сипна густина ρн.щ = 1,48 кг/л.

Витрата води 185 л/м3 (за табл. 7.2). Водоцементе вiдношення визна-чається за формулою (7.5 а) для рядових заповнювачiв (А = 0,6):

75,0406,05,020

406,0AR5,0R

АRЦ/В

цб

ц =⋅⋅+

⋅=

+=

Визначаємо витрату цементу, кг/м3:

24775,0

180Ц/В

ВЦ ===

Вираховуємо пустотнiсть крупного заповнювача:

0,442,651,481

ρρ

1Vщ

н.щпщ =−=−=

Коефiцiєнт розсуву зерен α = 1,35 (за табл. 7.3). Так як пiсок з водопотребою 8 %, зменшуємо коефiцiєнт розсуву на

0,03, остаточно приймаєм α = 1,32. Визначаємо витрату щебню, кг/м3:

1310

2,681

1,481,320,441000

ρ1

ραV

1000Щ

щн.щ

пщ

=+

⋅=

+⋅

=

Визначаємо витрату пiску, кг/м3:

64562,218568,2

13101,3

2471000П =⋅

++−=

Розрахунковий номiнальнний склад бетону, кг/м3: Ц = 247; П=645; Щ = 1310; В = 185 або 1:2,61:5,3 при В/Ц = 0,47.

Припустимо, що в умовах виробництва щебiнь має вологiсть за ма-сою 1 %, пiсок 4 %; тодi на 1 м3 бетону необхiдно взяти вологого щебню 1310×1,01 = 1323 кг та вологого пiску 645×1.04 = 671 кг. В цiй масi заповню-вачiв буде мiститися води 1310×0,01 + 645×0,04 = 39 кг. На цю кiлькiсть слiд змен-шити витрату води, вказану в номiнальному складi.

8. РIЗНОВИДИ ЦЕМЕНТНИХ БЕТОНIВ НА ЩІЛЬНИХ

ЗАПОВНЮВАЧАХ Бетон для збірних залізобетонних конструкцій. Особливістю

бетону для збірних залізобетонних конструкцій є те що він має забезпечувати як проектну міцність у віці 28 діб, так і відпускну міцність.

53

Відпускна міцність це міцність бетону після пропарювання. Вона вимірюється в відсотках від проектної.

Існує два способи підбору складу такого бетону. Перший спосіб полягає в тому що шляхом пробних. замісів бетонних сумішей і відповідних випробувань будується графічна залежність між міцністю і цементно-водним відношенням. При цьому беруть однакові матеріали; декілька різних значень Ц/В і однаковий режим пропарювання. За отриманою графічною залежністю вибирають Ц/В, що буде забезпечувати як проектну так і відпускну міцність. Другий спосіб полягає в розрахунковому визначенні цементно-водного відношення. Для цього використовують математичні моделі або узагальнену формулу Кайсера: Rб. пр.=(0,41Rц. пр.+9)Ц/В-0,83(Ц/В)2-0,35Rц. пр.-7, (8.1) де Rб. пр. - міцність бетону після пропарювання; Rц. пр. - активність цементних зразків пропарюваних за тим самим режимом , що і бетон.

Дрiбнозернистi та крупнопористi бетони. Поряд iз звичайними крупнозернистими бетонами в будiвництвi все ширше, особливо в умовах дефiциту крупного заповнювача, застосовують дрiбнозернистi бетони з мак-симальною крупнiстю заповнювачiв не бiльше 10 мм. Основним рiзновидом дрiбнозернистих бетонiв є пiщаний бетон.

Високi значення питомої поверхнi заповнювачiв i в деяких випадках мiжзернової пустотностi викликають у дрiбнозернистих бетонiв потребу у ве-ликiй витратi цементного тiста.

Дрiбнозернистi бе-тони мають однорiднiшу бу-дову, нiж крупнозернистi i бiльшу мiцнiсть на розтяг. На якiсних показниках дрiбнозернистого бетону найсуттєвiше вiдбивається змiна В/Ц, (рис.8.1), зерно-вий склад, форма та iншi особливостi пiску. Знижен-ня витрати цементу на отри-мання дрiбнозернистих бе-тонiв досягається покращен-ням зернового складу дрiбного заповнювача, на-приклад, за рахунок введен-ня укрупнюючих добавок, використанням золи-уносу та iнших ефективних напов-нювачiв та пластифiкаторiв. Вони використовуються для рiзноманiтних тонкостiнних

В/ЦРис. 8.1 Залежність міцності піщаного бетону від його цементно : піщаного відношення (Ц/П) та В/Ц (за Ю.М.Баженовим): 1-Ц/П=1:0; 2-Ц/П=1:2; 3-Ц/П=1:4; 4-звичайний бетон.

54

конструкцiй, влаштування покрить дорiг тощо. Розроблено технологiю виготовлення дрiбнозернистого шлакобето-

ну мiцнiстю 30...100 МПа з середньою густиною 1800...2300 кг/м3, де як в'я-жуче використовують шлакопортландцемент, а заповнювачами виступають гранульований та вiдвальний доменнi шлаки. Ця технологiя передбачає оп-тимiзацiю зернового складу заповнювача, вибiр рацiональної консистенцiї цементно-шлакової сумiшi, iнтенсивне її перемiшування в змiшувачах при-мусової дiї, застосування ефективних способiв ущiльнення та пропарювання при температурi 90...100°С.

При армуваннi дрiбнозернистого бетону з максимальною крупнiстю 2,5...3 мм тканими металевими сiтками отримують армоцемент - матерiал з високою несучою здатнiстю, який використовується в тонкостiнних просто-рових конструкцiях складної конфiгурацiї.

При вiдсутностi в складi бетонної сумiшi пiску та обмеженiй витратi цементу, достатнiй лише для обволiкання зерен крупного заповнювача, отри-мують крупнопористий бетон. В такому безпiщаному бетонi середня густина знижується до 1500...2000 кг/м3 при вiдповiдному зменшеннi тепло-провiдностi до 0,64...0,93 Вт/м·°С. Пориста структура безпiщаного бетону ве-де до зниження мiцностi. Класи цього бетону за мiцнiстю на стиск В3,5...В7,5. Властивостi крупнопористого бетону дозволяють застосовувати його як стiновий матерiал.

Задовiльнi фiльтрацiйнi характеристики крупнопористого бетону сприяють його використанню для дренажiв та фiльтрiв у водогосподарському будiвництвi як бiльш рацiонального та економiчного порiвняно з дренажами та фiльтрами з iнших матерiалiв.

Литi бетони. До литих бетонiв вiдносять бетони, одержанi з сумiшей, що укладаються без механiчної обробки пiд дiєю власної ваги.

Литi бетоннi сумiшi мають високу рухливiсть (ОК = 15...20 мм), здатнiсть вiльно текти та безперешкодно обтiкати арматуру, проходки та за-кладнi частини i повнiстю заповнювати складнi конфiгурацiї конструкцiї.

Одержання литих бетонiв, що задовiльняють вказаним властивостям, в умовах виробництва технологiчно складнiше нiж приготування звичайних бетонiв нормальної консистенцiї. Литi бетони потребують пiдвищеної витра-ти цементу (порiвняно з середньопластичними), здатнi до водовiддiлення та розшарування. Тому для забезпечення зв'язностi литої бетонної сумiшi реко-мендується вводити спецiальнi водоутримуючi добавки (бентонiтовi глини, кремнегель). Особливо ефективним є введення до литих бетоних сумiшей зо-ли-уносу ТЕС.

Використання золи-уносу дозволяє одержати литi бетони при тiй самiй витратi цементу, що й при виробництвi помiрно рухливих сумiшей. Ди-сперснiсть золи вибирається залежно вiд витрати води та вмiсту пiску в бе-тоннiй сумiшi.

55

Ефективним рiзновидом бетонiв є литий бетон з помiрним во-довмiстом, що досягається при введеннi суперпластифiкаторiв або плас-тифiкаторiв пiдвищеної ефективностi, наприклад, модифiкованих ЛСТ.

Головнi переваги литих бетонiв полягають у можливостi з їх допомо-гою знизити енерго- та трудозатрати, покращити умови працi при виконаннi бетонних робiт внаслiдок зниження шумових та вiбрацiйних дiй. Для укла-дання литих бетонних сумiшей при монолiтному бетонуваннi широко вико-ристовують бетононасоси. Пластифiкатори, рiзко зменшуючи водопотребу литих сумiшей, водночас покращують здатнiсть їх до перекачування, знижу-ють необхiдний тиск та зменшують його втрати.

Високомiцнi бетони, бетонополiмери та фiбробетони. До висо-комiцних належать бетони з границею мiцностi на стиск не менше 50 МПа. Обгрунтована можливiсть отримання бетонiв з границею мiцностi на стиск у вiцi 28 дiб до 100 МПа i бiльше. Мiцнiсть високомiцних бетонiв, як правило, дорiвнює або перевищує активнiсть вихiдного цементу. Основними умовами отримання високомiцних бетонiв є застосування високомарочних цементiв, низьких водоцементних вiдношень, що знаходяться в iнтервалi 0,25...0,40, ви-користання жорстких бетонних сумiшей або введення добавок-суперплас-тифiкаторiв.

Введення суперпластифiкаторiв дозволяє при незмiннiй рухливостi бетонної сумiшi збiльшити мiцнiсть на 50...60 %. Величина приросту мiцностi залежить вiд вихiдного водоцементного вiдношення та рухливостi сумiшi. Вiдношення 28-добової мiцностi до витрати цементу зростає для ма-лорухливих сумiшей залежно вiд вмiсту добавки та витрати цементу вiд 110 до 180 %. Можливе зниження витрати цементу при пiдвищеннi вмiсту супер-пластифiкаторiв становить 15...25 %. Найбiльшi можливостi для зниження ви-трати цементу виникають при формуваннi виробiв з "жирних" рухливих сумiшей.

До ефективних сучасних напрямкiв виробництва високомiцних бе-тонiв поряд з використанням суперпластифiкаторiв вiдносяться застосування в'яжучих низької водопотреби (ВНВ), високодисперсних кремнеземистих на-повнювачiв.

Сприяє пiдвищенню мiцностi бетону насичення його крупним запов-нювачем шляхом пiдбору оптимального зернового складу та зменшення кiлькостi пiску. Для забезпечення високого зчеплення цементного тiста з за-повнювачами важливо не допускати в них пиловидних та iнших шкiдливих домішок.

Використання високомiцних бетонiв дозволяє суттєво зменшити об'єм бетону i скоротити витрату арматурної сталi в залiзобетонних кон-струкцiях. Зменшення розмiрiв перерiзу дає можливiсть виготовляти кон-струкцiї пiд рiзнi навантаження в формах одного типорозмiру, що веде до скорочення парку форм.

З пiдвищенням класу бетону за мiцнiстю на стиск вiд В25 до В45 в стиснених елементах маса конструкцiї знижується на 20...30 % i вiдповiдно

56

знижується їх вартiсть. При виготовленнi несучих конструкцiй з бетону класу В 60 замiсть бетону В 30 витрата його зменшується на 26...29 %. При цьому зростає несуча здатнiсть конструкцiй рiзних розмiрiв.

В багатоповерхових будовах за рахунок використання високомiцних бетонiв стає можливим зменшення перерiзу колон вiд 40×40 до 30×30 см без змiни перерiзу арматури.

Високомiцний бетон вигiдно використовувати в конструкцiях, наси-чених арматурою. Наприклад, при виконаннi колон нижнiх поверхiв пiд роз-рахункове навантаження 6000 кН з бетону класiв В25...В30 коефiцiєнт арму-вання їх повздовжньою арматурою досягає майже 6 %. При пiдвищеннi класу бетону вiд В25 до В45 витрата сталi зменшується в середньому на 240 кг на 1 м3.

Фiзико-механiчнi властивостi бетонiв суттєво покращуються при просочуваннi їх рiзними органiчними та неорганiчними продуктами.

При одержаннi бетонополiмерних виробiв бетоннi вироби висушу-ють, вакуумують та просочують малов'язкими рiдкими мономерами (метил-метакрилат, стирол тощо), якi потiм полiмеризують безпосередньо в бетонi за допомогою радiацiйного або термокаталiтичного способiв. При цьому в декiлька разiв зростає мiцнiсть бетону, особливо на розтяг та згин, водонеп-ронинiсть та морозостiйкiсть, стiйкiсть до агресивних середовищ, стiйкiсть при стираннi, в десятки разiв зменшується повзучiсть бетону.

Бетонополiмернi вироби мають властивостi, схiднi з чавуном, стал-лю, залiзобетоном. При порiвняннi просоченого полiмером бетону зi звичай-ним слiд враховувати можливiсть зниження матерiалоємностi конструкцiй в 2 рази. Застосування бетонополiмерних конструкцiй є ефективним i при подвiйнiй їх вартостi навiть без врахування пiдвищення довговiчностi. Вико-ристання, наприклад, бетонополiмерних труб замiсть залiзобетонних забезпе-чує економiю арматурної сталi в середньому 0,15 т на 1 м3 виробiв. При замiнi стальних та чавунних труб економiя металу значно зростає. Суттєвий позитивний ефект при використаннi бетонополiмерiв забезпечується за раху-нок пiдвищення довговiчностi та надiйностi конструкцiй в жорстких умовах експлуатацiї, особливо пiд дiєю хiмiчно агресивного середовища. Наприклад, стальнi конструкцiї на пiдприємствах по виробництву сiрчаної кислоти ма-ють в декiлька разiв менший строк служби, нiж бетонополiмернi.

Значного покращення фiзико-механiчних властивостей бетонiв та пiдвищення їх корозiйної стiйкостi можна досягти при просочуваннi їх сiркою. Так, мiцнiсть просочених сiркою бетонiв на стиск та розтяг збiльшується в 3...4 рази, модуль пружностi в 1,5...2 рази, морозостiйкiсть в 4...5 разiв i бiльше, водонепроникнiсть в 6 разiв, зносостiйкiсть в 1,5 раза. Висушенi та прогрiтi вироби просочують в спецiальнiй камерi при температурi розплавленої сiрки 145°С.

До перспективних видiв бетону належать фiбробетони - бетони, ар-мованi дисперсними волокнами (фiбрами): стальними, базальтовими, скляни-ми, полiпропiленовими, азбестовими та iн. Цi бетони мають порiвняно iз зви-

57

чайними пiдвищену мiцнiсть на розтяг, бiльш високу ударну та трiщиностiйкiсть. Введення фiбрової арматури в кiлькостi 1,5...2% (за об'ємом) з вiдносною довжиною, що дорiвнює 100 дiаметрам, пiдвищує порiвняно з неармованим мiцнiсть бетону на розтяг в 2...4 рази i на стиск в 1,2...1,6 разiв, ударну стiйкiсть, водо-, газо- та нафтонепроникнiсть в 10...100 разiв, зменшує стираємiсть в 2,5...4 рази.

При виготовленнi та зведеннi конструкцiй одним з найтрудоємнiших процесiв є арматурнi роботи. Виготовлення сiток, каркасiв, встановлення ар-матури та її закрiплення в проектному положеннi, необхiднiсть збiльшення товщини конструкцiй для забезпечення захисного шару бетону, складнiсть дотримання його величини при бетонуваннi ведуть до значних витрат працi. Використання фiбробетонiв дає можливiсть виключити з конструкцiй значну кiлькiсть традицiйної стержневої арматури та замiнити її фiбровою, яка вво-диться до бетону при його приготуваннi в бетонозмiшувачi. Це дозволяє зна-чно знизити трудоємнiсть робiт при виготовленнi збiрних елементiв на заво-дах, а також безпосередньо на будiвельних майданчиках при зведеннi мо-нолiтних конструкцiй. Використання фiбробетонiв в рядi випадкiв знижує ви-трату бетону та сталi. Використання, наприклад, сталефiбробетонiв в лотках для водопроводу i каналiзацiї дозволяє знизити витрати бетону бiльше нiж вдвiчi, до 13 % - сталi i практично вдвiчi знизити витрати працi на будiвельному майданчику.

З позицiї економiї сталi та енергетичних витрат перспективними є рiзновиди фiбробетону з неметалевою арматурою. Склянi волокна вводять до бетонної сумiшi в кiлькостi 1...4 % вiд об'єму бетону. Як i стальнi, вони, маю-чи високий модуль пружностi, забезпечують пiдвищення мiцностi бетону на розтяг, його трiщиностiйкiсть. Для забезпечення необхiдної довговiчностi склобетону застосовують лугостiйкi склянi волокна, або спецiальнi в'яжучi, наприклад, глиноземистий цемент.

Гiдротехнiчний бетон. Гiдротехнiчний бетон застосовують для ви-готовлення конструкцiй та зведення споруд, якi постiйно або перiодично пе-ребувають у водi.

Залежно вiд розташування гiдротехнiчного бетону в спорудi по вiдношенню до рiвня води вiн роздiляється на пiдводний (перебуває у водi постiйно), зон змiнного рiвня води, надводний. Бетон в пiдземних гiдротехнiчних спорудах розглядають як пiдводний. Гiдротехнiчнi бетони подiляються також на масивнi та немасивнi. Масивнi бетони використовують переважно при будiвництвi гребель.

Масивнi конструкцiї потребують спецiальних заходiв для регулюван-ня температурних напруг, що виникають при видiленнi теплоти в бетонi.

Вимоги до гiдротехнiчних бетонiв ставляться диференцiйовано з ура-хуванням зонального розподiлу бетону в конструкцiях (табл. 8.1).

Особливо жорстким є комплекс вимог, як випливає з табл. 8.1, для зони змiнного рiвня води та надводних зон зовнiшнiх частин масивних спо-руд.

58

Таблиця 8.1 Вимоги до гiдротехнiчного бетону за зонами

Масивні споруди

Немасивні

Зовнішня Зона Внутрішня зона споруди

Зони відносного рівня води

Вимоги, що висуваються до

бетону Під-вод-на

Змін-ного рівня

Над-вод-на

Під-вод-на

Змін-ного рівня

Над-вод-на

Під-вод-на

Змін-ного рівня

Над-вод-на

Водостійкість + + + + + + + + Водонепроникність + + + + + + + + Морозостійкість - + + + +

Мале тепловиділення + + + + + +

Примiтка. "+" означає, що вимога висувається Особливістю гідротехнічного бетону, є те що проектний вік такого

бетону як правило більше ніж 28 діб, Проектний вік гідротехнічного бетону становить 60;90;180 діб в залежності від строків будівництва, а також коли та чи інша споруда вводиться в експлуатацію.

Якщо для гідротехнічних споруд використовують збірні залізобетонні конструкції, то їх відпускна міцність має бути не нижче як 70% від проектної. Важливою характеристикою гідротехнічного бетону є його тріщіностійкість, яка залежить від величини тепловиділення бетону.

Особливою вимогою до гідротехнічного бетону є величина водонепроникності, яка в залежності від розміщення бетону відносно рівня води коливається в межах W4…W10. Водо-цементне відношення для гідротехнічного бетону береться не більше ніж 0,7.

Для бетону сучасних гiдротехнiчних споруд основними показниками мiцностi є значення мiцностi на стиск та ротяг. Границя мiцностi бетону ви-значається у вiцi 28, 60 або 180 дiб залежно вiд строкiв будiвництва.

Для забезпечення необхiдної трiщиностiйкостi нормуються показни-ки граничної розтяжностi, усадки та набухання бетону. Гранична розтяжнiсть гiдротехнiчного бетону на зразках 180-добового вiку повинна бути не мен-шою 5·10-5 для бетону внутрiшнiх зон i не меншою 7·10-5 для бетону зовнiшнiх зон споруди. Вона покращується з пiдвищенням мiцностi бетону, застосуванням цементiв без мiнеральних добавок, введенням ПАР та полiмерiв до бетонної сумiшi.

Лiнiйна усадка зразкiв гiдротехнiчного бетону при вiдноснiй воло-гостi 60 % та температурi 18°С у вiцi 28 дiб не повинна перевищувати 0,3 мм/м, а у вiцi 180 дiб - 0,7 мм/м порiвняно з їх початковою довжиною. Набу-

59

хання вiдповiдно повинно бути не бiльше 0,1 та 0,3 мм/м порiвняно з розмiрами висушених зразкiв.

Рiзко негативно впливає усадка бетону при зведеннi водосховищ та резервуарiв з попередньо напруженого залiзобетону, при гiдроiзоляцiї, а та-кож ремонтi конструкцiй.

Трiщиностiйкiсть гiдротехнiчного бетону масивних конструкцiй пря-мо пов'язана з температурними напругами, обумовленими тепловидiленням при твердiннi внаслiдок гiдратацiї цементу.

Для гiдротехнiчних бетонiв найважливiшими властивостями, що впливають на довговiчнiсть, є морозостiйкiсть, водонепроникнiсть, стiйкiсть до хiмiчної корозiї у водному середовищi.

На гiдротехнiчнi бетоннi споруди агресивно впливає абразивна дiя наносiв, зважених у водi, а також кавiтацiя.

Одним з способiв захисту бетону вiд впливу кавiтацiї є надання кон-струкцiї форми, що забезпечує безвiдривне обтiкання її течiєю. Для цього конструкцiям, наприклад, водоскидам, надається плавний профiль пара-болiчного або близького до нього характеру.

Кавiтацiйна стiйкiсть бетону, як i зносостiйкiсть, досить добре харак-теризується мiцнiстю на стиск. Для бетонних облицювань водопровiдних споруд слiд застосовувати бетони з мiцнiстю на стиск 45...50 МПа. Подальше пiдвищення мiцностi вже менш значимо збiльшує кавiтацiйну стiйкiсть.

Для захисту вiд наносiв та кавiтацiї застосовують захиснi облицю-вання; залежно вiд умов можуть бути використанi чавуно- та сталебетон, камiнь, метал, резина, полiмернi бетони.

Дорожний бетон. Дорожний бетон вiдрiзняється вiд звичайного ви-сокою мiцнiстю на розтяг та стиск, пiдвищеною деформативнiстю, моро-зостiйкiстю. При цьому велике значення має опiр розтягу при згинi.

Залежно вiд призначення дорожний бетон подiляють на бетон для одно- та двошарових покрить, а також для основ вдосконалених покрить. Класи дорожнього бетону за границею мiцностi на стиск В5...В40, нормують-ся також показники границi мiцностi на розтяг при згинi вiд 1,5 до 5,5 МПа.

Вимоги до дорожнього бетону зумовленi складними умовами його служби в покриттях: дiями статичних та динамiчних транспортних наванта-жень, змiнної вологостi та температури тощо.

Мiцнiсть та морозостiйкiсть бетону призначають залежно вiд кате-горiї дороги, шару покриття та клiматичних умов служби.

Для дорожнього бетону задаються три показника міцності: міцність на стиск, на розтяг та на згин.

Міцність на згин і на розтяг перераховують до відповідної міцності на стиск за формулами:

60

10055,0

RR

5,1р

ст

= , (8.2)

1008,0

RR5,1

згст

= , (8.3)

де Rст, Rр, Rзг - відповідно значення міцності при стиску, розтягу та згину, МПа.

Важливою характеристикою дорожнього бетону є його стираність. Експериментально встановлено що дорожній бетон має достатню стираність, якщо його міцність не менше ніж 30МПа.

Для дорожнього бетону задають також модуль пружності. Модуль пружності це відношення навантаження на бетон, (20-30% від фактичної міцності) до деформації в бетоні. Модуль пружності звичайно знаходиться в межах 1,5…4.,0 . 10-4 МПа.

Морозостiйкiсть бетону для одношарових та верхнього шару двоша-рових покрить повинна бути не нижче для районiв з середньомiсячною тем-пературою повiтря найбiльш холодного мiсяця:

вiд 0 до -5°С F100 теж, вiд -5 до -10°С F150 теж, нижче -15°С F200

Морозостiйкiсть бетону для нижнього шару двошарових покрить по-винна бути не нижчою для районiв з середньомiсячною температурою повiтря найбiльш холодного мiсяця:

вiд 0 до -15°С F50 теж, нижче -15°С F100

При проектуваннi бетонної сумiшi водоцементне вiдношення слiд приймати:

• для одношарових та верхнього шару двошарових покрить не бiльше 0,5;

• для нижнього шару двошарових покрить не бiльше 0,6.

Для основ капiтальних вдосконалених покрить граничне значення водоцементного вiдношення не нормується.

Рухливість бетонної сумiшi повинна бути в межах 2...4 см. Вмiст трьохкальцiєвого алюмiнату в цементi допускається не бiльше

10 %. Початок тужавлення цементу повинен наставати не ранiше нiж через 2 години пiсля його замішування. Для одно- та двошарових покрить дорiг та аеродромiв рекомендується застосовувати цементи М500, а для основ вдоско-налених капiтальних покрить - марок М300 i М400.

Час транспортування бетонної сумiшi до мiсця укладки не повинен перевищувати: при температурi повiтря вiд +20 до +30°С - 30 хвилин, при

61

температурi повiтря нижче + 20°С - 1 год. Бетонну сумiш при температурi повiтря вище +30°С транспортують та укладають вiдповiдно iз спецiальними технiчними вказiвками.

Для пiдвищення якостi бетонної сумiшi та стiйкостi бетону проти сумiсної агресивної дiї розчинiв хлористих солей та морозу до бетонної сумiшi пiд час приготування вводять поверхнево-активні добавки. Кiлькiсть повiтровтягувальних добавок залежить вiд ступеню поризацiї бетонної сумiшi. Об'єм залучуваного до сумiшi повiтря призначають, виходячи з на-ступних мiркувань: для одношарових та верхнього шару двошарових покрить - 5...6 % (за об'ємом), а для нижнього шару двошарових покрить - 3,5...4,5 %.

В умовах дорожного будiвництва високу якiсть бетонних покрить за-безпечують правильним доглядом за твердiючим бетоном. При цьому ефек-тивно застосування рiзних плiвкоутворюючих матерiалiв.

Жаростiйкi бетони. Для футерування топок, газоходiв, димових труб при будiвництвi теплових електростанцiй, в елементах захисних стiн, перекрить АЕС та iнших конструкцiй, що нагрiваються, застосовують жа-ростiйкi бетони. Звичайний важкий цементний бетон, придатний для виготов-лення будiвельних конструкцiй, що зазнають тривалий вплив температури лише до 200°С.

За гранично допустимою темературою використання жаростiйкi бе-тони подiляються на класи: 3...18, 300, 600°С i т.д.

В жаростiйких бетонах можуть використовуватися як гiдравлiчнi (портландцемент, шлакопортландцемент, глинозе-мистий цемент), так i повiтрянi (каустичний магнезит, рiдке скло) мiнеральнi в'яжучi. Цемен-тний камiнь набуває жаротрив-ких властивостей завдяки вве-денню до нього рiзних тонкоме-лених мiнеральних добавок, стiйких до дiї високих темпера-тур та зв'язуючих вiльний оксид кальцiю. Такими добавками слу-жать зола-унос, молота цегла, доменний, паливний шлаки та iн (рис.8.2). Добавка меленого гра-нульованого доменного шлаку забезпечує стiйкiсть гiдратованого портландцементу при нагрiваннi до 500...600°С i не веде до зниження мiцностi

Rδ, %

1

3

Рис. 8.2. Вплив температури на міцність цементу: 1-портландцемент 70% + трепел 30%; 2-портландцемент 70% + пемза 30%; 3-портландцемент

62

гiдратованого глиноземистого цементу при нагрiваннi в iнтервалi 100...1000°С. Основним критерiєм придатностi доменних шлакiв для викори-стання в жаростiйких бетонах є модуль основностi, який повинен бути не бiльше 1.

Звичайнi кварцевмiщуючi заповнювачi зазнають полiморфного пере-творення, що може викликати руйнування бетону. Нестiйкими до дiї високих температур є також карбонатнi породи.

В бетонах, що працюють при температурах до 700°С, можуть бути використанi заповнювачi з базальту, андезиту, туфiв та iнших вилитих вул-канiчних порiд, якi не мiстять вiльного кварцу. Найбiльшого розповсюджен-ня як заповнювач для жаростiйких бетонiв до 1300°С, має шамот - продукт випалювання вогнетривких глин, що мiстять Аl2O3+ТiО2 вiд 30 до 45 %.

Для одержання бетонiв вищої вогнетривкостi використовують магне-зитовi, хромiтовi, корундовi та iншi заповнювачi. Для легких жаростiйких бе-тонiв використовуються рiзнi пористi заповнювачi: керамзит, спучений перлiт, вермикулiт та iн.

В останнi роки виконанi роботи, якi показують можливiсть широкого використання сталеплавильних, феросплавних шлакiв та шлакiв кольорової металургiї як в'яжучих, заповнювачiв, тонкомелених добавок та заповнювачів для жаростiйкого бетону з температурою служби 700...1700°С.

До жаростiйких належать вироби, виготовленнi з бетонної сумiшi на фосфатному зв'язуючому (як правило, ортофосфорної кислоти), що твердiють та набирають мiцнiсть при термiчнiй обробцi. Бетони на фосфатних зв'язую-чих можуть працювати при температурi до 1700°С.

Ефективним є жаростiйкий газобетон, який може бути виготовлений на основi звичайних цементiв з введенням тонкомелених мiнеральних доба-вок, а також розчинного скла, високоглиноземистого цементу та фосфатних в'яжучих. Залежно вiд виду в'яжучого допустимий дiапазон використання жа-ростiйкого газобетону становить 900...1500°С.

Якiсть жаростiйких бетонiв характеризується мiцнiстю на стиск, термiчною стiйкiстю, деформацiєю пiд навантаженням при високих темпера-турах, усадкою та термiчним розширенням. Початкова мiцнiсть на стиск, на-приклад, важких шлакових бетонiв досягає 30 МПа, знижуючись при температурі 700...800°С у 2...2,5 рази. Шлаковi бетони витримують в серед-ньому бiля 7-ми теплозмiн при водяному охолодженнi та 20-ти повiтряних те-плозмiн пiсля нагрiвання зразкiв до 800°С.

З жаростiйких бетонiв рацiонально виготовляти збiрнi елементи. На монтаж теплових агрегатiв з жаростiйких бетонних блокiв та залiзобетонних панелей витрачається у 3...4 рази менше часу, нiж на кладку штучної вогне-тривкої цегли. При цьому продуктивнiсть працi пiдвищується в 2...3 рази, вартiсть будiвництва знижується на 20...40 %. Використання панельних та крупноблочних збiрних конструкцiй з жаростiйких бетонiв та залiзобетону дозволяє економити метал та дорогi фасоннi вогнетривкi вироби.

63

Декоративнi бетони. До декоративних належать бетони, що мають архiтектурну виразнiсть та використовуються для оздоблювальних робiт. Їх виготовляють з використанням як бiлих та кольорових, так i звичайних це-ментiв, а також заповнювачiв, що дозволяють iмiтувати рiзнi природнi ка-м'янi матерiали та одержувати виразну декоративну фактуру.

В кольорових бетонах забарвлення цементiв досягають введенням лугостiйких пiгментiв. Цементи свiтлих тонiв отримують змiшуванням зви-чайного портландцементу з розбiлюючими мiнеральними добавками (крей-дою, меленим вапняком, мармуром та iн.), а також з бiлилами. Вмiст розбiлюючих мiнеральних добавок досягає 25 %. Пiгменти середньої iнтенсивностi типу охри, мумiї, сiєни добавляють в кiлькостi понад 10 %, бiльш iнтенсивнi - до 10 %. Для розширення палiтри кольоровi цементи пiдфарбовують органiчними фарбами.

Заповнювачами в кольорових бетонах виступають кварцевi пiски свiтлих вiдтiнкiв, подрiбненi пiски та щебiнь з мармуру, вiдходи помелу iнших декоративних гiрських порiд.

Для виявлення декоративної структури бетону застосовують рiзнi прийоми, якi дозволяють оголювати заповнювач, шлiфовку та полiровку його поверхнi.

Збереження декоративностi бетону протягом часу досягають при до-помозi гiдрофобiзацiї, просочування полiмерами.

Бетони для захисту вiд радiоактивних випромiнювань. Серед усiх радiоактивних випромiнювань найбiльшу проникаючу здатнiсть мають γ -ви-промiнення та нейтрони. Здатнiсть матерiалу поглинати γ -випромiнювання пропорцiйна його щiльностi. Для послаблення потоку нейтронiв в матерiалi. навпаки, повиннi бути присутнi елементи з малою атомною масою, як, напри-клад, водень. Бетон є ефективним матерiалом для бiологiчного захисту ядер-них реакторiв, оскiльки в ньому вдало поєднуються при порiвняно низькiй вартостi висока щiльнiсть та вмiст певної кiлькостi водню у хiмiчно пов'я-занiй водi. Для зменшення товщини захисних екранiв атомних електро-станцiй та пiдприємств по виробництву iзотопiв поряд iз звичйним викорис-товують особливо важкi бетони з середньою густиною вiд 2500 до 700 кг/м3 та гiдратнi бетони з високим вмiстом хiмiчно зв'язаної води. З цiєю метою використовують важкi природнi або штучнi заповнювачi: магнезитовi, гема-титовi або лiмонiтовi залiзнi руди, барит, механiчний скрап, свинцевий дрiб та iн. Для отримання гiдратних бетонiв ефективним є лiмонiт, серпентинiт та iншi матерiали, що мають поряд з високою щiльнiстю значний вмiст хiмiчно зв'язаної води. В гiдратних бетонах можна використовувати також глинозе-мистi цементи, що зв'язують бiльшу кiлькiсть води, нiж портландцемент. В табл. 8.2 наведенi приблизнi склади деякх видiв особливо важких бетонiв.

Крiм покращених захисних властивостей, бетон, що використовуєть-ся для влаштування екранiв ядерних реакторiв, повинен мати i iншi особли-востi: пiдвищену температуростiйкiсть, високу теплопровiднiсть, низькi зна-чення усадки, коефiцiєнта термiчного розширення та повзучостi.

64

Таблиця 8.2 Склади особливо важких бетонiв

Витрата матеріалів на 1 м3 бетону, кг

Вид бетону Цементу

Дрібного запов-нювача

Крупного запов-нювача

Води

Середня щільність бетону, кг/м3

Магнезитовий 389 1365 1765 184 3700 Гематитовий 300 1100 2140 195 3735 Боритовий 395 1352 1800 193 3740 З металевим заповнювачем 395 2637 2637 170 5839

Особливо важкi бетоннi сумiшi здатнi до розшаровування внаслiдок

значної рiзницi мiж густинами тiста та заповнювачiв. Для запобiгання розша-ровуванню рекомендується перевозити сумiшi у автобетонозмiшувачах, ви-користовувати методи роздiльного бетонування i т. д.

При потоках нейтронiв високої iнтенсивностi, характерних для де-яких реакторiв на швидких нейтронах, може виникнути необхiднiсть у вико-ристаннi радiацiйностiйких бетонiв. Радiацiйнi пошкодження бетонiв викли-каються основним чином роширенням та розтрiскуванням гiрських порiд, що складають заповнювачi.

Допустима iнтенсивнiсть опромiнення на бетони (флюєнс-нейтронiв) залежить вiд виду крупного заповнювача, 1019 нейтр·см-2:

Гранiт, дiорит, сiєнiт, лабрадорити 2...5 Дунiти, базальт, дiабаз, олiвiнiти 5...15 Серпентит 10...50 Вапняк 10 Магнетит, гематит 10...100 Хромiт 200 Пiсок для бетонiв на заповнювачах з допустимим флюєнсом

2·1019...5·1019 нейтр·см -2 може прийматися кварцевий, для решти бетонiв пiсок отримують шляхом подрібнення крупного заповнювача.

9. ЛЕГКІ БЕТОНИ 9.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Види легких бетонів та їх класифікація. Легкі бетони широко застосовуються в сучасному індустріальному будівництві. З них виготовляють як захисні так і несучі конструкції. До цінних властивостей таких бетонів можна віднести невисоку середню густину, завдяки чому знижується маса конструкцій, покращуються її технічні властивості.

Легкі бетони класифікують в залежності від виду заповнювачів, структури, міцності, середньої густини, галузі їх застосування.

Залежно від структури легкі бетони поділяють на кілька видів:

65

1. Легкі бетони із щільною структурою, вони складаються з в’яжучого, дрібного і крупного заповнювача. Міжзерновий простір крупного заповнювача в легких бетонах із щільною структурою повністю заповнений цементно-піщаним розчином;

2. Малопіщані бетони характеризуються тим, що міжзерновий простір крупного заповнювача лише частково заповнений цементно-піщаним розчином;

3. Крупнопористі або безпіщані бетони складаються із в'яжучого (не більше як 300 кг/м3), води і пористого крупного заповнювача;

4. Поризовані (ніздрюваті) бетони виготовляють із в’яжучого, води, кремнеземистого компоненту (чи без нього) і пороутворювача. До них належать газобетон і пінобетон.

За видом крупного заповнювача розрізняють легкі бетони на пористих штучних заповнювачах (керамзитобетон, аглопоритобетон, шлакобетон та ін.) і бетони на природних пористих заповнювачах (туфобетон, пемзобетон тощо).

За видом в'яжучого легкі бетони можуть бути: цементні, вапняні, цементно-вапняні, вапняно-шлакові і силікатні.

За міцністю легкі бетони поділяють на класи від В2,5 до В40. Залежно від галузі застосування і середньої густини легкі бетони

бувають:

1. Теплоізоляційні із середньою густиною 500кг/м3 і нижче, їх застосовують для захисних конструкцій. Основними проектними показниками для них є середня густина і теплопровідність.

2. Конструктивно-теплоізоляційні - це бетони із середньою густиною 500…1400кг/м3. Проектними показниками для таких бетонів є міцність і середня густина. Їх застосовують як для захисних конструкцій, стін, покриттів.

3. Конструктивні легкі бетони. Для них середня густина знаходиться в межах 1400…1800 кг/м3. Їх застосовують для виготовлення несучих конструкцій. Для них задають в якості нормуємого проектного показника міцність при дотриманні відповідного допустимого рівня із середньої густини.

Легкі бетони часто називають в залежності від виду крупного заповнювача, який береться для їх виготовлення. Наприклад : керамзитобетон або аглопоритобетон.

Матеріали для легкого бетону. Для легкого бетону застосовують різні види цементу. Бажано застосовувати високоактивні, тонкомелені та швидкотвердіючі цементи. Для легких бетонів, що піддають тепловій обробці ефективно використовувати високоалітові цементи. Підвищення активності цементу на одну марку дає можливість знизити його вміст на 12…15% і

66

завдяки цьому знизити середню густину бетону, оскільки цементний камінь є найважчою складовою легких бетонів.

Пористими неорганічними заповнювачами називають сипучі матеріали із середньою густиною не більше як 1000 кг/м3 для щебеню або гравію, та не більше 1200 кг/м3 для піску.

Пористі заповнювачі бувають природні (вулканічна пемза, туфи, пористий вапняк) або штучні, які спеціально виготовляють із сировини, що має властивість спучуватись при випалюванні (керамзит, аглопорит, перліт, шлакова пемза та ін.). До штучних пористих заповнювачів належать також деякі відходи промисловості, такі як доменні або паливні шлаки, пористий керамічний бій тощо.

До пористих неорганічних заповнювачів належать щебінь, гравій і пісок, які виробляють із природних гірських порід або в результаті термічної обробки деяких видів сировини. Зерна пористих заповнювачів мають переважно гострокутну форму. Виняток становить керамзитовий і пемзовий гравій.

Пиловидні частинки пористих заповнювачів (крім вапнякового туфу й черепашнику) мають гідравлічні властивості.

За насипною густиною пористі заповнювачі поділяють на марки: Г100; 125; 150; 200; 250; 300; 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1000 для щебеню і гравію, а для піску ще і 1200.

Дрібні заповнювачі (піски) – поділяються на дрібну фракцію (до 1,20 мм) і крупну (від 1,20 до 5 мм). Вимоги до зернового складу фракцій такі самі, як і до кварцових пісків, що застосовуються для звичайних важких бетонів.

Крупні пористі заповнювачі залежно від величини зерен поділяють на фракції: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм. Можна також застосовувати заповнювач із суміші кількох фракцій або не поділений на фракції.

Міцність пористих заповнювачів визначається шляхом їх здавлювання в циліндрах, вона повинна бути не менша як 50% від марки самого бетону, а коефіцієнт розм’якшення не менше 0,6.

Морозостійкість пористих заповнювачів повинна забезпечувати морозостійкість бетону.

При виборі заповнювачів треба намагатись використовувати місцеві матеріали, оскільки перевезення на далекі відстані економічно невигідне.

У зв'язку з обмеженим поширенням природних кам'яних пористих матеріалів (їх добувають в Криму і в деяких інших районах) широкого застосування набули штучні пористі заповнювачі, виробництво яких організовано в багатьох місцях.

Зерновий склад заповнювачів істотно впливає на густину і міцність бетону. Найменшу середню густину має легкий бетон, максимально насичений крупним пористим заповнювачем. Збільшення кількості цементного каменю завжди збільшує середню густину легких бетонів.

67

Оптимальний зерновий склад крупного заповнювача визначають шляхом експериментальних досліджень.

Властивості легких бетонів. Властивості легких бетонів визначаються їх будовою (структурою), складними залежностями між кількісними і якісними показниками складових, а також рядом виробничих факторів.

Міцність легких бетонів залежить від активності цементу, водо-цементного відношення, кількості цементного тіста, виду, крупності, міцності і середньої густини крупного і дрібного заповнювачів, умов приготування суміші, її укладання і твердіння. Міцність легких бетонів може коливатись у дуже широких межах (від 0,5 до 60 МПа).

Як змінюється міцність легкого бетону залежно від його середньої густини, можна простежити за рис. 9.1. З графіка видно, що збільшення густини до 1700…1800 кг/м3 дає можливість виготовляти керамзитобетон з межою міцності на стиск близько 40 МПа. Підвищення міцності легких бетонів шляхом збільшення кількості цементу нераціонально, тому що це призводить до значного

збільшення їх середньої густини. Більш ефективно підвищувати міцність легких бетонів використовуючи більш міцні заповнювачі за умови їх достатньої середньої густини.

Рекомендується також підвищувати міцність легких бетонів шляхом переходу на більш жорсткі суміші, введення в бетонну суміш пластифікуючих добавок, а також шляхом збільшення марки цементу.

Кількість води суттєво впливає на міцність легких бетонів. На відміну від важких бетонів із збільшенням водовмісту до певного оптимального значення для даних умов ущільнення міцність легких бетонів збільшується, це пояснюється тим, що із збільшенням кількості води покращуються ущільнюваність, збільшується рухливість легкобетонних сумішей. При подальшому збільшенні водовмісту міцність і щільність легких бетонів знижуються.

Рис. 9.1. Вплив середньої густини керамзитобетону на його міцність.

68

На міцність легких бетонів впливає кількість крупного заповнювача, його міцність, форма зерен і характер поверхні. Експериментально встановлено, наприклад для шлакобетону, що якщо крупний заповнювач представлений більш крупною і більш дрібною фракцією, то їх оптимальне співвідношення орієнтовно має бути 60/40, тобто кількість дрібної фракції приблизно дорівнює об'єму пустот у крупній фракції.

Досліди показують, що коли різними способами ущільнення надати однакової густини легким бетонам, які містять різну кількість цементу, то їх міцність буде практично однаковою.

Швидкість випаровування вільної води залежить від щільності і водовмісту бетонної суміші, вологості і температури навколишнього середовища .Легкі бетони дуже повільно випаровують воду, причому швидше висихають пористі бетони з малим вмістом цементу. Вироби із щільних легких бетонів після виготовлення мають вологість приблизно 10…20%, а їх стала вологість при нормальних умовах становить 5…8%.

Водопроникність легких бетонів більше ніж бетонів на звичайних важких заповнювачів, але не настільки велика, якою вона, здавалась, могла би бути внаслідок великої пористості легких заповнювачів. Це пояснюється тим, що капіляри крупного пористого заповнювача, як правило не сполучаються між собою, вони заповнені повітрям, що перешкоджає процесам фільтрації води. Тому бетони на пористих заповнювачах можуть бути досить водонепроникними при відповідному підборі заповнювачів і достатній щільності цементного каменю.

Морозостійкість легких бетонів залежить від структури заповнювачів та цементного тіста, морозостійкості заповнювачів, наявності добавок, від способу і тривалості перемішування, умов твердіння тощо.

Відомо, що із збільшенням витрати цементу і зменшенням В/Ц морозостійкість легких бетонів зростає. Позитивно впливають повітрявтягуючі добавки і обробка гарячою парою.

Щільний легкий бетон із вмістом цементу 250кг/м3 має морозостійкість приблизно F100. Арматура в легкому бетоні не піддається корозії, якщо він має щільну структуру і вміст цементу не менше ніж 220…230 кг/м3.

Особливості структуроутворення і технології легких бетонів. Легкий бетон відрізняється від важких в першу чергу своєрідною будовою і властивостями заповнювачів. Формування структури в ньому відбувається внаслідок. взаємодії двох капілярних систем: цементного тіста і пористих заповнювачів.

Пористі заповнювачі в початковий період твердіння відсмоктують воду з цементного тіста і в процесі твердіння поступово її віддають. Цей процес називається самовакуумування.

Водопоглинання пористих заповнювачів залежить від виду і розміру заповнювача, і найбільш інтенсивно протікає в перші години водонасичення

69

бетону. Вода, проникаючи в капіляри, поступово стискається і частково витискує повітря із крупного заповнювача поки не настає рівновага.

Самовакуумування приводить до ущільнення цементного тіста, зменшення рухливості суміші і покращення зчеплення цементного тіста з заповнювачем. Цей процес може мати позитивні і негативні наслідки. Самоущільнення цементного тіста з одного боку приводить до збільшення щільності цементного каменя та відповідного зростання міцності легкого бетону, а з іншого боку різке зменшення рухливості легкобетонної суміші може приводити до поганого укладання її у форми а отже до зменшення міцності. Процес самовакуумування легкобетонних сумішей приводить до того, що легкій бетон добре зберігає форму, що дозволяє знімати опалубку вже безпосередньо після виготовлення конструкції.

Рухливість легкобетонної суміші визначається виміром осадки конуса:

• Осадка конусу більше 2 см - рухлива бетонна суміш; • Осадка конусу 0,5…2 см - малорухлива бетонна суміш; • Осадка конусу дорівнює 0 см - жорстка бетонна суміш.

Якщо об'єм міжзернових пустот в бетонній суміші більше 3%, то бетонна суміш характеризується розшаруванням.

Розшарування викликає недостатню зв'язність бетонної суміші під час її транспортування і укладання. Розшарування проявляється в нерівномірному розподілі цементного тіста по висоті, витіканні з під стандартного конуса, обсипанні бетонної суміші при зніманні стандартного конуса.

Рухливість, жорсткість, нерозшаровуваність сумішей для легких бетонів, пов'язані з рядом факторів, і насамперед із вмістом води, кількістю і якістю в'яжучого і добавок, властивостями і зерновим складом заповнювачів та ін.

На відміну від звичайного важкого бетону, легкобетонна суміш характеризується підвищеною жорсткістю, розшаруванням, необхідністю в підвищеній тривалості перемішування, інтенсивним зменшенням рухливості в часі.

Легкобетонні суміші за перші 30хв вистоювання зменшують свою рухливість приблизно на 50%. Час вистоювання для них не повинен бути більше 1год. Особливо різко знижується рухливість сумішей на сухих пористих заповнювачах.

Легкоукладальність сумішей для легких бетонів більшою мірою залежить від вмісту води, ніж від вмісту цементу (в межах 100…400 кг/м3).

Для підвищення міцності легкого бетону, бетонну суміш рекомендують перемішувати в змішувачі примусової дії. Оптимальна тривалість перемішування не повинна бути менше ніж 3 хв. та визначається експериментально. При застосуванні в якості компонента легкого бетону золи-винос тривалість перемішування суміші не повинна бути менше 5 хв.

70

Як правило, легкобетонні суміші слід укладати не пізніші, як через 1 год після приготування.

Залежно від виду виробів, устаткування і характеристики бетонної суміші призначається режим ії ущільнення, яке має бути рівномірним по всьому об'єму виробів.

Середня густина зерен пористого заповнювача відносно невелика, і це негативно впливає на ущільнюваність бетонних сумішей при інерційних (без привантаження) методах ущільнення і зумовлює меншу вагу і теплопровідність легких бетонів.

Легкий бетон твердіє у відповідності до прийнятого на заводі технологічного регламенту. Для прискорення твердіння застосовують високоактивні цементи, домелюють звичайні цементи у млинах, вводять добавки – прискорювачі твердіння, а також застосовують обробку бетонних виробів гарячою парою при атмосферному тиску, або при підвищеному тиску в автоклавах. Можлива теплова обробка бетонів гарячим повітрям або електричним прогріванням. Після обробки гарячою парою вироби повинні мати не менш як 70% марочної міцності, а взимку – 100%.

Зберігають виготовлені вироби і конструкції у вертикальному або горизонтальному положенні, теплозахисний і конструкивно-теплозахисний. бетон зберігають на закритих складах або накривають водонепроникною плівкою. Конструктивний бетон може зберігатися і на відкритих складах.

9.2. ПІДБІР СКЛАДУ ЛЕГКОГО БЕТОНУ Підбір складу легкого бетону має забезпечити отримання бетонної

суміші заданої легкоукладальності, а також бетону із заданими властивостями. Для підбору даються наступні вихідні дані: середня густина, клас бетону або його міцність на певний строк твердіння, теплопровідність і морозостійкість. Якщо характеристики складових компонентів бетону не відомі, то перевіряють їх відповідність державним стандартам і технологічним умовам.

Склад бетону для пробних замісів підбирають за таблицями або графіками і уточнюють випробуванням контрольних зразків. На відміну від важкого бетону підбір складу легкого бетону ускладнюється трудністю точного визначення водо-цементного відношення і потрібної легкоукладальності суміші. Внаслідок того, що пористі заповнювачі мають розвинуту питому поверхню, малу середню густину, значне внутрішнє тертя, вони погіршують ущільнюваність легкобетонних сумішей. Тому оптимальний вміст води знаходять експериментально на бетонних сумішах з різним вмістом цементу і різним зерновим складом заповнювачів. Після чого знаходять графічну залежність між вмістом води і цементу. Підбирають склад легкого бетону за оптимальним вмістом води, що забезпечує необхідну легкоукладальність бетонної суміші.

Гранична крупність заповнювача повинна становити не більше 1/3 найменшого розміру конструкції і не більше 3/4 відстані між стержнями арматури. Слід враховувати, що із зменшенням граничної крупності

71

заповнювача поліпшується зв'язність і формівність суміші, а також до певної межі збільшується міцність бетону. При збільшенні граничної крупності заповнювача зменшується густина бетону.

Зерновий склад заповнювачів визначають за таблицями або графіками і уточнюють, виготовляючи кілька серій зразків на заповнювачі із зернами різних розмірів. Для легкого бетону щільної структури зерновий склад заповнювачів повинен бути таким, щоб насипна густина суміші була оптимальною для даного класу або марки.

При виборі витрати в'яжучого слід пам'ятати, що мінімально допустимі витрати в'яжучого залежно від виду бетону становлять: для теплоізоляційного – 100, конструктивно-теплоізоляційного – 125, а для конструктивно-теплоізоляційного і конструктивного армованого – 225 кг/м3.

Якщо застосовують поверхнево-активні, мінеральні тонкомелені або інші добавки, то їх оптимальну кількість визначають за результатами дослідження пробних зразків на міцність.

При підборі складів легкобетонних сумішей, розміри зразків вибирають так, щоб вони наближались до найменшого розміру бетонованої конструкції. Ущільнення легкобетонної суміші і режим її твердіння мають відповідати виробничим умовам.

Вимоги до матерiалiв та розрахунок складу легкого конструкцiйного бетону. Розрахунок і керування складами сумішей для легкого бетону, так само як і для важкого бетону, полягає в розрахунку, спочатку, базових номінальних складів бетону (БНС), після чого бетонні суміші коригують, адаптуючи їх до конкретних умов виробництва. При цьому рекомендується проводити статистичний контроль міцності легкого бетону. Коригування здійснюється шляхом пробних замісів з врахуванням результатів статистичного контролю.

Мiцнiсть на стиск заповнювачів повинна знаходитись у межах, вказаних в табл.9.1. Насипна густина крупного пористого заповнювача повинна бути, як правило, не бiльше величин, вказаних у табл.9.2.

Як дрiбний заповнювач (пiсок) для конструктивних легких бетонiв марок 150-500 використовуються: штучнi та природнi пористi пiски, сумiшi пористих та щiльних пiскiв; природнi щiльнi пiски.

Рекомендується застосовувати дрiбнi пористi заповнювачi (пiски) або сумiшi пористого та щiльного пiскiв, які задовольняють наступним технiчним вимогам: 1. Зерновий склад повинен знаходитись в таких межах:

Розмiри отворiв контрольних сит, мм

Повнi залишки на контрольних ситах, % об'єму

5 0-10 2,5 15-35

1,25 30-50 0,63 40-65 0,315 65-80 0,14 90-100

Прохiд через сито N 014 0-10

72

2. Модуль крупностi повинен бути вiд 1,8 до 2,5. 3. Насипна густина повинна бути не меншою: 600 кг/м3 - для бетонiв марок

150-250; 800 кг/м3 - для бетонiв марок 300-500. Таблиця 9.1

Вимоги до міцності заповнювачів для легкого бетону Міцність при стисненні в циліндрі

за ГОСТ 9758-68, МПа Задана марка бетону

Марка крупного

заповнювача за міцністю

пористого гравію

пористого щебеню

шлакопем-зового

щебеню

аглопори-тового

щебеню

150 П 75- П200 1,5-5,5 0,9-2,7 0,5-1,8 0,6-1,2

200 П100-П250 2,0-6,5 1,2-3,3 0,6-2,2 0,7-1,4

250 П125-П300 2,5-8,0 1,5-4 0,8-2,7 0,8-1,6

300 П150-П350 3,3 і більше 1,8 і більше 1,1 і більше 0,9 і більше

350 П200-П350 4,5 і більше 2,2 і більше 1,4 і більше 1 і більше

400 П250-П350 5,5 і більше 2,7 і більше 1,8 і більше 1,2 і більше

500 П300-П350 6,5 і більше 3,3 і більше 2,2 і більше 1,4 і більше

Таблиця 9.2. Вимоги до насипної густини крупних пористих заповнювачів

Максимальна марка крупного пористого заповнювача за насипною густиною, кг/м3

Задана середня густина бетону у висушеному до постійної маси стані,

кг/м3 для гравію для щебеню

1200 - / 500 - 1300 450 / 600 - / 500 1400 500 / 700 - / 600 1500 600 / 800 500 / 700 1600 700 / 900 600 / 800 1700 800 / - 700 / 900 1800 900 / - 800 / 1000

Примiтка. В чисельнику наведенi значення насипної густини крупних пористих заповнювачiв при використаннi щiльного пiску (кварцевого i т.д.), в знаменнику - при використаннi пористого пiску, отриманого в процесi подрiбнення крупних заповнювачiв, які використовуються, або вiдсiву вiд них дрiбних фракцiй. Середня густина бетону бiльше 1800 кг/м3 допускається тiльки для бетону марок 300 i бiльше.

Як в'яжуче використовуються цементи, вiдповiдно до вимог ДСТУ.

При виборi в'яжучого перевагу слiд надавати портландцементам з

73

нормальною густотою до 27%. Марку цементу в залежностi вiд проектного класу бетону приймають за табл.9.3.

Для покращення формовочних якостей бетонної сумiшi, прискорення твердiння бетону i т.д. можуть бути використанi рiзнi хiмiчнi добавки з обов'язковим уточненням дозування, а також режиму твердiння бетону при застосуванні добавки.

Розрахунок номінальних складiв бетону для дослiдних замiсiв проводиться пiсля випробувань заповнювачiв, призначених для приготування бетону.

Таблиця 9.3 Вимоги до марки цементу для легких бетонів

Марка цементу Проектний клас (марка)

легкого бетону рекомендована допустима

В12,5 (М150) 400 300, 500 В15 (М200) 400 300, 500 В20 (М250) 400 500 В22,5 (М300) 500 400, 600 В25 (М350) 500 400, 600 В30 (М400) 500 400, 600 В40 (М500) 600 500 Визначенню пiдлягають наступні властивості заповнювачiв: насипна

густина, густина зерен в цементному тiстi, мiцнiсть та мiжзернова пустотнiсть крупного заповнювача, а також водопотреба пiску. Допускається визначати середню густину крупних пористих заповнювачiв з наступним перерахунком на густину зерен в цементному тiстi. Перевiдний коефіцієнт можна визначати експериментально або приймати орієнтовно рiвним: 1,05 - для пористого гравiю та 1,1 - для пористого щебеню. При застосуваннi крупних пористих заповнювачiв двох або трьох фракцiй (5…10; 10…20 та 20…40 мм) окрiм випробування окремих фракцiй визначають характеристики двох- або трьохфракцiйного крупного заповнювача: насипну густину визначають дослідженням проби, яка складається з рiзних фракцiй у прийнятому процентному спiввiдношеннi; середню мiцнiсть заповнювачів визначають за формулою: Rц

к = 0,01 (Rцк1 X1 + Rц

к2 X2 + Rцк3 X3), (9.1)

де Rцк1, Rц

к2, Rцк3 - мiцнiсть кожної фракцiї; Х1, Х2, Х3 - процентний склад

кожної фракцiї в сумiшi (за масою). Розрахунок i призначення номінального складу легких бетонiв на

щiльному пiску виконують у такому порядку:

74

1. За табл. 9.4, 9.5 визначається витрата цементу Ц (кг/м3) в залежностi вiд заданого класу бетону, марки цементу, найбiльшої крупностi та мiцностi крупного заповнювача i жорсткостi (рухливостi) бетонної сумiшi;

2. За табл. 9.6 визначається об'ємна концентрацiя крупного заповнювача ϕ. Витрата крупного пористого заповнювача (кг/м3) визначається за формулою: К = 1000 ϕ ρз.к, (9.2) де ρз.к - густина зерен крупного заповнювача в цементному тiстi, кг/л;

3. Витрата щiльного пiску (кг/м3) розраховується в залежностi вiд середньої густини бетону ρб.сух. та витрати цементу Ц i крупного заповнювача К за формулою: П = ρб.сух -1,15Ц - К, (9.3)

4. За табл. 9.7 визначається початкова витрата води В0 (л/м3) в залежностi вiд заданої жорсткостi (рухливостi) бетонної сумiшi, найбiльшiй крупностi та виду заповнювача;

5. Загальна витрата води В (л/м3) розраховується з урахуванням поправок на витрату крупного пористого заповнювача та цементу, а також водопотреби пiску: В=В0 + В1 + В2 + В3

щ, (9.4) де В0 - початкова витрата води, вибрана за табл.9.7; В1 - поправка на об'ємну концентрацiю крупного заповнювача, яка визначається за формулою: В1 =2000(ϕ - 0,37)2 ; (9.5) В2 - поправка на витрату цементу, яка дорівнює: В2=0,15(Ц-450) при Ц>450; (9.6)

В2 = 0 при Ц≤450; В3

щ - поправка на водопотребу Вп щiльного пiску, що дорівнює:

В3щ = 0,02 П (Вп - 7) (9.7)

Таблиця 9.4 Орієнтовна витрата цементу для бетонів на пористих заповнювачах з

найбільшою крупністю 20 мм і щільному піску при жорсткості бетонної суміші 20-30 с.

Витрата цементу (кг/ м3) при марці пористого заповнювача за міцністю Клас (марка)

бетону Рекомендо-вана марка цементу 75 100 125 150 200 250 300

В12,5 (М150) В15 (М200) В20 (М250) В22,5 (М300) В25 (М350) В30 (М400) В40 (М500)

400 400 400 500 500 500 600

300 - - - - - -

280 340 - - - - -

260 320 390 - - - -

240 300 360 420 - - -

230 280 330 390 450 - -

220 260 310 360 410 480 570

210 250 290 330 380 450 540

75

Примітка. При використанні цементів інших марок, використанні пористих пісків, зміні рухливості (жорсткості) бетонної суміші наведені в таблиці орієнтовні витрати цементу множаться на коефіцієнти, наведені в табл 9.5.

Таблиця 9.5

Коефіцієнти зміни витрат цементу Коефіцієнти зміни витрати цементу для бетону класів Умови

В12,5 В15 В20 В22,5 В25 В30 В40Застосування цементу марок:

300 400 500 600

1,15

1 0,9 -

1,2 1

0,88 -

- 1

0,850,8

-

1,151

0,9

-

1,2 1

0,88

-

1,25 1

0,85

- -

1,1 1

Застосування пористого або змішаного піску

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1,1

1

Застосування заповнювача з найбільшою крупністю, мм:

40 10

0,9 1,1

0,9 1,1

0,931,07

0,931,07

0,95 1,05

0,95 1,05

0,951,05

Застосування сумішей жорсткістю:

30...50 с 50...80 с

Застосування сумішей рухливістю:

1...2 см 3...7 см

8...12 см

0,9 0,85

1.071,151,25

0,9 0,85

1,071,151,25

0,9 0,85

1,071,151,25

0,9 0,85

1,071,151,25

0,9 0,85

1,07 1,15 1,25

0,9 0,85

1,07 1,15 -

0,9 0,85

1,071,15 -

Таблиця 9.6 Рекомендована об’ємна концентрація крупного заповнювача

Об’ємна концентрація крупного заповнювача ϕ при

Міжзернова пустотність заповнювача

жорсткості більше 30с

осадці конуса 1...2 см або жорсткості

10...30с

осадці конуса 3 см і більше

0,36 0,52 0,49 0,47 0,38 0,50 0,47 0,45 0,4 0,48 0,45 0,43 0,42 0,46 0,43 0,41 0,44 0,44 0,41 0,39

76

Продовження табл. 9.6 Об’ємна концентрація крупного

заповнювача ϕ при Міжзернова пустотність заповнювача

жорсткості більше 30с

осадці конуса 1...2 см або жорсткості

10...30с

осадці конуса 3 см і більше

0,46 0,42 0,39 0,37 0,48 0,40 0,37 0,35 0,5 0,38 0,35 0,33 0,52 0,36 0,33 0,31 0,54 0,34 0,31 0,29

Таблиця 9.7 Орієнтовні початкові витрати води для приготування бетонної суміші з використанням щільного піску

Витрата води (л/м3) при використанні в якості заповнювача

пористого гравію з найбільшою крупністю,

мм

пористого щебеню з найбільшою крупністю,

мм

Осадка конуса, см

Жорст- кість,с

10 20 40 10 20 40 8-12 3-7 1-2 - - -

- -

10-20 20-30 30-50 50-80

235 220 205 195 185 175

220 205 190 180 170 160

205 190 175 165 160 150

265 245 225 215 200 190

250 230 210 200 185 175

235 215 195 185 175 165

Розрахунок вихiдного складу легких бетонiв на пористому або

змiшаному (пористому та щiльному) пiску проводиться в такому порядку: 1. За табл. 9.4 і 9.5 визначається витрата цементу Ц в залежностi вiд

марки бетону та цементу, найбiльшої крупностi та мiцностi крупного заповнювача та жорсткості (рухливостi) бетонної сумiшi;

2. За табл. 9.6 визначається об'ємна концентрацiя крупного заповнювача ϕ в залежностi вiд його пустотностi та жорсткостi (рухливостi) бетонної сумiшi та за формулою (9.2) розраховується витрата крупного заповнювача;

77

3. За табл. 9.7 визначається початкова витрата води В0 в залежностi вiд заданої жорсткостi (рухливостi) бетонної сумiшi, найбiльшої крупностi та виду крупного заповнювача;

4. За формулою (9.8) розраховується витрата пористого пiску Ппор (кг/м3), яка забезпечує отримання заданої середньої густини бетону в сухому станi ρб.сух в залежностi вiд витрати цементу Ц та води (В0 + В1 +В2), об'ємної концентрацiї крупного заповнювача ϕ, водопотреби пористого Вп

пор та щiльного Вп

щ пiскiв (%), істинної густини цементу ρц та щiльного пiску ρпщ (в

кг/л) i густини зерен пористого пiску в цементному тiстi ρз.п

ПА П СС С

Вщ

В Вщп о р п о р=

−

−∑

, (9.8)

де А = 1000(1 - ϕ) - Ц/ρц - (В0 + В1 + В2); (9.9)

ΣП= ρб - 1,15Ц - К; (9.10)

С ВВщ п

щ

пщ=

+ −1 0 02 7, ( )ρ

, (9.11)

С ВВп о p п

з п

=+ −1 0 02 7, ( )

.

п о р

ρ. (9.12)

Величина В1 в формулi (9.9) розраховується за формулою (9.5), В2 в формулi (9.9) - за формулою (9.6), а величина К в формулi (9.10) - за формулою (9.2). Коли застосовують суміш двох пористих пісків, то у формулу (9.8) замість характеристик щільного піску Вп

щ та ρпщ слід

підставити відповідні характеристики другого пористого піску. Якщо при розрахунку за формулою (9.8) величина Ппор буде меншою

20 кг/м3, то бетон слiд готувати тiльки на щiльному пiску, а його розрахунок вести за методикою, описаною вище.

5. За формулою (9.13) розраховується витрата щiльного пiску Пщ (кг/м3) в змiшаному пiску. Пщ = П - Ппор (9.13)

Якщо при розрахунку за формулою (9.13) величина Пщ буде знаходитись в межах ±20 кг/м3, то бетон слiд готувати тiльки на пористому пiску. Якщо ж величина Пщ буде меншою 20 кг/м3, то потрiбно повторити розрахунок, збільшивши об'ємну концентрацiю крупного заповнювача на 0,05 проти оптимальної (за табл. 9.6) або застосувати для приготування бетону легші пористi заповнювачi.

6. Загальна витрата води В при застосуванні двох пісків розраховується за формулою. В = В0 + В1 + В2 + В3

щ + В3пор, (9.14)

78

де В0, В2 і В3щ визначаються за тією ж методикою, що і при розрахунку

бетону на щільному піску (п. “д”); В1 - поправка на ϕ, приймається згідно п. “г”; В3 - поправка на водопотребу пористого пiску, яка розраховується за формулою: В3

пор = 0,02 (Вп - 7)Ппор/ ρз.п (9.15) Для дослiдних замiсiв окрiм вихiдного розраховуються за

методикою, описаною вище, ще два склади бетону, у яких витрата цементу вiдрiзняється вiд прийнятого у вихiдному складi на ±10...20%. Якщо на прийнятих матерiалах неможливо отримати задану середню густину бетону при допустимих значеннях ϕ, то вказаний вище дiапазон варiювання витрати цементу потрiбно зменшити так, щоб задана густина досягалась, або прийняти інші заповнювачi.

При необхiдностi пiдбору одночасно кiлькох марок бетону, а також у випадках, коли в процесi пiдбору необхiдно уточнити ряд додаткових факторiв (спiввiдношення фракцiй в крупному або дрiбному заповнювачi, дозу хiмiчних добавок i т. д.), рекомендується використовувати методи математичного планування експерименту.

Розрахований і відкоригований в результаті дослідних замісів та формування дослідних зразків склад бетону визнається задовільним і рекомендується до виробництва, якщо при забезпеченні необхідних технологічних вимог бетон у виробах має щільну однорідну структуру, його міцність після теплової обробки не нижча відпускної, питома густина та вологість бетону у виробах відповідає проектним вимогам.

Повний перерахунок складу виконуються при зміні виду чи постачальника заповнювачів та цементу, які застосовуються.

Вимоги до матерiалiв i розрахунок легкого конструкцiйно-теплоiзоляцiйного бетону. Як в'яжуче для приготування легкого бетону i фактурних шарiв слiд застосовувати портландцемент, портландцемент з мiнеральними добавками або шлакопортландцемент марки 400, який задовольняє вимогам ДСТУ.

Використання цементу марки 300 допускається тоді, коли викликане цим збiльшення витрати в'яжучого не приведе до перевищення середньої густини легкого бетону над проектними вимогами. Використання цементiв марки 600 i бiльше, а також швидкотвердiючих портландцементiв i шлакопортландцементiв допускається при вiдповiдному технiко-економiчному обгрунтуваннi iз урахуванням органiзацiйних умов виготовлення виробiв на заводi, прийнятої загальної номенклатури залiзобетонних конструкцiй, що випускаються, необхiдностi застосування скорочених режимiв твердiння (наприклад, при вiбропрокатному виробництвi) i т. д.

Для приготування декоративного бетону в залежностi вiд прийнятого виду фасадного оздоблення потрiбно застосовувати портландцемент бiлий, портландцемент кольоровий, а також портландцемент з мiнеральними

79

добавками i шлакопортландцемент (при оздобленнi декоративним бетоном з оголеним заповнювачем).

Як крупний заповнювач для приготування легкого бетону зовнішніх стiнових панелей потрiбно застосовувати: гравiй керамзитовий i зольний, щебiнь з пористого металургiйного шлаку (шлакової пемзи), щебiнь перлітовий спучений, щебiнь з пористих гiрських порiд (вулканiчних шлакiв, пемз, туфiв), гравiй шунгизитовий, щебiнь алгопоритовий.

Склад легкого бетону повинен назначатись заводською лабораторiєю на основi дослiдних замiсiв, якi проходять безпосередньо в заводських умовах на матерiалах, які найчастіше застосовуються на даному пiдприємстві, з урахуванням застосованої технологiї приготування i транспортування, формування та твердiння виробів. Проведення дослiдних замiсiв в лабораторних умовах доцiльне лише при пiдборi складу легкого бетону без повiтрявтягуючих або пороутворюючих добавок чи при уточненнi оптимального спiввiдношення мiж двома пiдiбраними для застосування видами дрiбного заповнювача.

Пiдiбраний склад легкобетонної сумiшi повинен забезпечити отримання бетону заданої середньої густини i марки за мiцнiстю, потрiбної морозостiйкостi i вiдпускної вологостi при мiнiмальнiй витратi цементу i вартостi матерiалiв.

При пiдборi i призначеннi складу легкого бетону марка крупного заповнювача i вид дрiбного заповнювача повиннi прийматися з урахуванням реальних показникiв якостi наявних матерiалiв i заданих проектних марок бетону на мiцнiсть та за середньою густиною у вiдповiдностi до табл. 9.8…9.10.

При розрахунку i призначеннi складу бетону потрiбно виходити з умови його максимального насичення крупним заповнювачем. Враховуючи подрiбнення крупного заповнювача в процесi перемiшування, витрата заповнювача повинна бути 0,9...1,2 м3/м3 в залежностi вiд особливостей встановленого на пiдприємствi змiшувача, а також мiцностi i зернового складу крупного заповнювача та виду дрiбного у вiдповiдностi до табл. 9.11.

Витрату цементу для дослiдних замiсiв рекомендується приймати: для керамзитобетону i шунгизитобетону - за табл. 9.12, для шлакопемзобетону - за табл. 9.13., для алгопоритобетону - за табл. 9.14, для бетонiв на природних пористих заповнювачах - за табл. 9.15. При пiдборi складу бетону в лабораторних умовах або при необхiдностi уточнення витрати цементу на основi виробничих iспитiв проводять розрахунки складу бетону i дослiднi замiси з витратами цементу, які на ±10...20% вiдрiзняються вiд вказаних у таблицях. При цьому мiнiмальна витрата цементу у всiх випадках повинна бути не меншою 200 кг/м3.

Витрата дрiбного заповнювача в дослiдних замiсах розраховується за формулою П = ρб.сух -1,15Ц - К , (9.16)

80

де ρб.сух - проектна середня густина бетону в сухому станi,кг/м3; Ц - витрата цементу, кг/м3; К - витрата крупного заповнювача, кг/м3.

Таблиця 9.8 Вимоги до керамзитового гравію для легких конструктивно-теплоізоляційних

бетонів Максимальна марка за насипною густиною керамзитового гравію фракцій 10-20 мм в залежності від виду дрібного заповнювача

Марка бетону

Середня густинабетону в сухому стані, кг/м3

керам-зитовий

щіль-ний

(квар-цевий)

перлі-товий марки 200... 250

зола ТЕС, гран- шлак

без піску

(пори- зова- ний)

зола ТЕС з порис- тим

піском

М50

700 800 900 1000 1100 1200

- 350 500 600 700

-

- -

300 500 600 700

450 500 550 700 - -

- 250 350 550 600 700

300 400 500 600 700

-

250 400 500 600 700

-

М75

800 900 1000 1100 1200

- 400 550 700

-

- -

450 550 600

400 500 600 700

-

- 300 500 600 700

350 450 550 700

-

350 450 550 700

-

М100

800 900 1000 1100 1200 1300 1400

- -

450 600 700

- -

- - -

450 550 700 700

350 450 550 700

- - -

- -

350 500 600 700

-

- 400 500 600 700

- -

- 400 500 600 700

- -

Примітки. 1. Дані таблиці відносяться до бетонів, що виготовлені з повітрявтягуючими добавками, при наявності в заповнювачі фракції 5...10 мм в кількості 25-30 %.

2. При приготуванні бетонних сумішей без повітрявтягуючих добавок значення питомої густини гравію зменшуються: для бетонів на керамзитовому піску і золі ТЕС на 100 кг/м3; для бетонів на перлітовому піску - на 50 кг/м3.

3. При відсутності в керамзиті фракції 5...10 мм значення насипної густини зменшуються на 50 кг/м3.

Витрата крупного заповнювача, кг/м3 визначається за формулами:

• при дозуванні однієї фракції К = Vк ρнк , (9.17)

81

де Vк - об'єм заповнювача, м3/м3 (за табл. 9.11), ρнк - насипна густина заповнювача, кг/м3; • при дозуваннi двох фракцiй К = Vк

10-20 ρнк10-20 + Vк

5-10 ρнк5-10 . (9.18)

У випадку використання сумiшi пiскiв або при наявностi пiщаних фракцiй у крупному заповнювачi повинен прийматись до уваги сумарний вмiст пiску. При використаннi золи ТЕС у поєднаннi з пористим пiском ії витрата приймається в межах 0,1-0,15 м3/м3 бетону, а витрата пористого пiску вiдповiдно 0,1-0,2 м3/м3.

Орiєнтовно розрахункова витрата води встановлюється за формулою (9.19) в залежностi вiд потрiбної легкоукладальностi, визначеної з урахуванням умов транспортування та ущiльнення сумiшi, виду крупного заповнювача, водопотреби та кiлькостi дрiбного заповнювача. Прийнята витрата води уточнюється в процесi проведення промислових випробувань за даними перевiрки легкоукладальностi cумiшi, умов забезпечення втягування потрiбної кількості повітря, формування виробiв та загладжування верхньої поверхнi: В=В0+В1, (9.19) де В0 - початкова витрата води, приймається за табл. 9.16; В1 - поправка на водопотребу пiску: В1 = 0,05 П (Вп - 7) / ρз.п (9.20) де П і Вп - відповідно витрата (кг/м3) і водопотреба (%) піску; ρз.п - густина зерен пiску в цементному тiстi, кг/дм3 (для щільного піску - істинна густина, яка приймається рівною 2,65).

Таблиця 9.9

Вимоги до щебеню із шлакової пемзи для легких конструктивно-теплоізоляційних бетонів

Максимальна марка за насипною густиною щебеню з шлакової пемзи в залежності від

виду дрібного заповнювача Марка бетону

Середня густина бетону в сухому

стані, кг/м3 шлако-

пемзовий, зола ТЕС

граншлак

перлітовий

без піску (поризова-ний бетон)

М 50

1100 1200 1300 1400 1500 1600

- - -

700 800 900

- -

700 800 900

1000

700 800 900 1000

- -

700 800 900 1000

- -

82

Продовження табл. 9.9 Максимальна марка за насипною густиною щебеню з шлакової пемзи в залежності від

виду дрібного заповнювача Марка бетону

Середня густина бетону в сухому

стані, кг/м3 шлако-

пемзовий, зола ТЕС

граншлак

перлітовий

без піску (поризова-ний бетон)

М 75

1200 1300 1400 1500 1600 1700

- -

600 700 800 900

- 600 700 800 900

1000

700 800 900 1000

- -

700 800 900 1000

- -

М 100

1300 1400 1500 1600 1700

- -

600 700 800

- 600 700 800 900

700 800 900 1000

-

800 900 1000

- -

Примітка. Дані таблиці відносяться до випадків приготування легких бетонів з повітрявтягуючими добавками. В іншому випадку значення насипної густини щебеню для бетонів на шлакопемзовому піску, золі ТЕС і граншлаку зменшуються на 100 кг/м3.

Таблиця 9.10

Вимоги до щебеню із пористих гірських порід та аглопоритового щебеню для легких конструктивно-теплоізоляційних бетонів

Максимальна марка за насипною густиною щебеню з пористих гірських порід або аглопоритового щебеню в залежності від

виду дрібного заповнювача Марка бетону

Середня густина бетону в сухому стані, кг/м3

пісок того ж виду, що і щебінь

спучений пер-літовий пісок

М50

900 1000 1100 1200 1300 1400

350 400 500 600 700 800

400 500 600 700 800 900

83

Продовження табл. 9.10 Максимальна марка за насипною густиною щебеню з пористих гірських порід або аглопоритового щебеню в залежності від

виду дрібного заповнювача Марка бетону

Середня густина бетону в сухому стані, кг/м3

пісок того ж виду, що і щебінь

спучений пер-літовий пісок

М75

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

- 300 400 500 600 700 800

300 400 500 600 700 800 900

М100

1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

- 300 400 500 600 700 800 900

300 400 500 600 700 800 900 1000

Примітка. Дані таблиці відносяться до випадків приготування легких бетонів без повітрявтягуючих добавок. При введенні останніх максимальна насипна густина щебеню збільшується на 100 кг/м3.

Таблиця 9.11

Орієнтовна витрата крупного заповнювача для легких конструктивно-теплоізоляційних бетонів

Витрата крупного заповнювача, м3/м3, в залежності від виду піску та марки заповнювача за міцністю

П75 і менше більше П75 Фракції

заповнювача, мм пісок

щільний пісок

пористий пісок

щільний пісок

пористий 5 - 20 1,05...1,15 1...1,05 1...1,05 0,95...1 10 - 20 1,1...1,2 1,05...1,15 1,05...1,1 1...1,05

Примiтки. 1. Витрата крупного заповнювача збiльшується iз збiльшенням жорсткостi сумiшi.

2. У випадку застосування заповнювача двох або трьох фракцiй (5-10 i 10-20 мм або 5-10, 10-20 i 20-40 мм) сума їх пофракцiйних об'ємiв повинна бути

84

збiльшена вiдповiдно на 5 або 10% з тим, щоб загальний об'єм заповнювача, що дозується, вiдповiдав рекомендацiям даної таблицi.

3. Наведенi значення передбачають застосування при приготуванні бетону повiтрявтягуючих добавок. В іншому випадку витрата крупного заповнювача повинна бути зменшена на 5...10%.

4. При поризованих безпiщаних бетонах витрату крупного заповнювача приймають такою ж, як і в бетонах на щiльному пiску.

Таблиця 9.12

Орієнтовна витрата цементу для легких конструктивно-теплоізоляційних бетонів

Витрата цементу марки 400, кг/м3, в залежності від виду дрібного заповнювача

Проектна марка бетону

Марка керам-зиту за насипною густиною

пористий пісок

(керамзи-товий,

природний, шунгізитовий)

щільний пісок

(кварце-вий)

спуче-ний

перліто-вий пісок марки

200...250

зола ТЕС

без піску (поризо-ваний бетон)

М50

≤ 300 350-400 450-500 550-600

230 220 210 200

250 230 210 200

280 260 240 230

210 200 200 200

300 280 260 240

М75 ≤ 300 350-400

250 230

280 250

330 300

230 220

- 300

М75 450-500 550-600

220 210

230 220

270 250

210 200

280 260

М100

350-400 450-500 550-600

700

270 250 230 220

280 250 230 220

330 300 270 250

250 230 220 210

- 320 300 280

Примiтки. 1.При використаннi цементу марки 300 його витрата пiдвищується на 5% для бетону марки М50, на 7% - для бетону марки М75 i на 10% - для бетону марки М100.

2. Данi справедливi при вiброформуваннi виробів у горизонтальному положеннi (Ж=10...20 с). При вертикально-касетному способi (ОК=4...6 см) витрата цементу пiдвищується на 10%.

3. При використаннi спученого перлітового пiску марки 300 витрата цементу знижується на 10%, марки 400 - на 15%.

85

Таблиця 9.13 Орієнтовна витрата цементу для легких конструктивно-теплоізоляційних

бетонів Витрата цементу марки 400, кг/м3, в залежності

від виду дрібного заповнювача Проектна марка бетону

Марка щебеню

шлакопем-зового за насипною густиною

шлакопем-зовий пісок

або граншлак

спучений перлітовий

пісок зола ТЕС

без піску (поризо-ваний бетон)

М 50

600 700 800 900

240 230 220 210

280 260 240 230

220 210 200 200

320 300 280 270

М 75

600 700 800 900 1000

260 240 230 220 210

300 280 260 250 240

230 220 210 200 200

340 320 300 280 270

М 100

600 700 800 900 1000

300 280 260 250 240

330 310 290 280 270

260 240 230 220 210

- 350 330 310 290

Примiтка. Див. примiтки до табл. 9.12.

Таблиця 9.14 Орієнтовна витрата цементу для легких конструктивно-теплоізоляційних

бетонів Витрата цементу марки 400, кг/м3, в

залежності від виду дрібного заповнювача

Проектна марка бетону

Марка щебеню аглопоритового за

насипною густиною,

кг/м3 аглопоритовий

пісок спучений

перлітовий пісок

М 50

400 500 600 700 800 900

260 240 230 220 210 200

280 260 240 230 220 210

М 75

400 500 600 700 800 900

280 260 250 240 230 220

300 280 260 250 240 230

86

Продовження табл. 9.14 Витрата цементу марки 400, кг/м3, в

залежності від виду дрібного заповнювача

Проектна марка бетону

Марка щебеню аглопоритового за

насипною густиною,

кг/м3 аглопоритовий

пісок спучений

перлітовий пісок

М 100

400 500 600 700 800 900

320 300 280 260 250 240

360 340 320 300 290 280

Примiтки. 1.При використаннi цементу марки 300 його витрата пiдвищується на 5% для бетону марки М50, на 7% - для бетону марки М75 i на 10% - для бетону марки М100.

2. Данi справедливi при вiброформуваннi виробів у горизонтальному положеннi (Ж=10...20 с). При вертикально-касетному способi (ОК=4...6 см) витрата цементу пiдвищується на 10%.

3. При використаннi спученого перлітового пiску марки 300 витрата цементу знижується на 10%, марки 400 - на 15%.

Таблиця 9.15 Орієнтовна витрата цементу для легких конструктивно-теплоізоляційних

бетонів Витрата цементу марки 400, кг/м3, в

залежності від виду дрібного заповнювача Проектна

марка бетону

Марка щебеню з гірських порід за насипною густиною

пісок тієї ж породи, що і

щебінь спучений

перлітовий пісок

М 50

350 400 500 600 700 800

260 250 240 230 220 210

320 290 270 250 240 230

М 75

350 400 500 600 700 800

300 280 270 260 240 230

350 330 310 290 270 260

М 100

400 500 600 700 800

900-1000

350 330 300 290 280 270

400 380 350 330 320 310

87

Примiтки. 1.При використаннi цементу марки 300 його витрата пiдвищується на 5% для бетону марки М50, на 7% - для бетону марки М75 i на 10% - для бетону марки М100.

2. Данi справедливi при вiброформуваннi виробів у горизонтальному положеннi (Ж=10...20 с). При вертикально-касетному способi (ОК=4...6 см) витрата цементу пiдвищується на 10%.

3. При використаннi спученого перлітового пiску марки 300 витрата цементу знижується на 10%, марки 400 - на 15%.

Таблиця 9.16

Орієнтовна початкова витрата води для приготування бетонної суміші, л/м3 Осадка конуса, см Жорсткість, с Гравій Щебінь

6-8 - 190 220 1-2 5-10 160 190

- 10-20 150 175 - 20-40 140 160

Примiтки. 1. Наведенi в таблицi данi справедливi для приготування бетонних сумiшей з повiтрявтягуючими i пороутворюючими добавками та гравiю з максимальною крупністю 20 мм. При приготуваннi бетонних сумiшей без вказаних добавок витрата води збiльшується на 20 л/м3, а при використаннi пористого щебеню з граничною крупнiстю 40 мм початкова витрата води знижується на 10 л/м3.

2. Для безпiщаних поризованих бетонiв жорсткiсть сумiшi повинна бути не бiльшою 20 с.

При використаннi для приготування легкого бетону двох видiв пiску

значення В1 розраховується для кожного пiску. Якщо вiдсутня можливість експериментально визначити ρз.п та Вп, то значення В1 можна прийняти орiєнтовно за табл. 9.17.

Для перевiрки правильності розрахункового складу визначають абсолютний об'єм бетонної суміші за формулою:

V Ц Кn

П Ваб сц з .к з .п

= + + +ρ ρ ρ

(9.21)

де Ц, К, П, В, ρз.п - див. попереднi формули; ρц - істинна густина цементу; ρз.к - густина зерен крупного заповнювача в цементному тiстi,кг/дм3; n - коефіцієнт, що враховує збiльшення густини зерен заповнювача за рахунок його подрiбнення при перемiшуваннi бетонної сумiшi. Визначається експериментально або приймається рiвним 1,1...1,15 для заповнювачiв з маркою за мiцністю П75 i менше та 1,05..1,1 для інших заповнювачів.

Для бетонiв, до складу яких входять повiтрявтягуючі добавки, значення Vабс, розраховане за формулою (9.21), повинне знаходитись в межах 830...1000 л/м3. Для безпiщаних поризованих бетонiв значення Vабс повинне знаходитись в межах 730...870 л/м3. Для бетонiв, якi не містять повiтрявтягуючих чи пороутворюючих добавок, значення Vабс повинне знаходитись в межах 950...1050 л/м3. При неможливостi пiдрахунку Vабс (за

88

вiдсутностi даних про ρз.п та ρз.п) перевiрка правильностi розрахованого складу бетону з повiтрявтягуючими добавками може бути виконана наближено по витратi дрiбного заповнювача, який повинен знаходитись у межах, вказаних у табл. 9.18.

Таблиця 9.17 Орієнтовні значення поправки В1 на водопотребу піску

Орієнтовні значення В1 , в л/м3

при витраті піску, м3/м3 Вид піску

Насипна густина, кг/м3 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Будівельний: Мкр = 2...2,5 Мкр=1...2,5

1500 1400

0

10

0 20

0 30

- -

- -

Керамзито- вий

подрібнений

500...600 700...800

15 10

30 25

45 35

60 50

70 60

Керамзито-вий випале-ний крупний

500...600 7 15 - - -

Вспучений перлітовий

150...200 250...350

25 20

50 40

75 60

100 75

125 90

Шлакопем-зовий,

аглопорито-вий

800... 1200

15

30

45

60

70

Граншлак 800..1000 20 40 60 80 100

Зола ТЕС 700...800 900..1100

25 20

50 40

75 60

100 80

125 100

Природний пористий

600... 1000

20

40

60

80

100

Якщо знайденi значення Vабс або витрати пiску не вiдповiдають вище

вказаним межам або даним табл. 9.18, то необхiдно повторити розрахунок, вiдповiдно змiнивши витрату крупного заповнювача за табл. 9.11. Якщо бажаного результату не досягнуто, то на даних заповнювачах неможливо отримати бетон щiльної структури з потрiбною середньою густиною. Необхiдно застосувати iншi, легшi заповнювачi, якщо Vабс або витрата пiску менші допустимих значень.

89

Таблиця 9.18 Орієнтовна витрата дрібного заповнювача для бетонів з повітрявтягуючими

добавками Витрата піску, м3/м3 , для бетону на Вид

піску гравії щебені пористий 0,20...0,45 0,3...0,6 щільний 0,12...0,25 - зола ТЕС 0,2...035 0,35...0,45 Примiтки. 1. Нижня межа вказана з умов, необхiдних для отримання

стiйкого втягування повітря, яке не перевищує допустимi межі, верхня - з умови отримання потрiбних теплофiзичних якостей (коефіцієнта теплопровiдностi та вiдпускної вологості бетону).

2. При застосуваннi золи з iншими дрiбними заповнювачами сумарна витрата золи i пiску повинна бути такою ж, як пористого пiску.

10. НІЗДРЮВАТІ БЕТОНИ

Види і технічні характеристики ніздрюватих бетонів. Ніздрюватий бетон є різновидом легкого бетону і являє собою затверділу суміш в'яжучого, води, тонкодисперсного кремнеземистого компонента і порооутворювача; він має рівномірно розподілені пори розміром до 3 мм. Окремі види ніздрюватих бетонів розрізняються між собою способами утворення пор, видами в'яжучих речовин і кремнеземистих добавок, умовами твердіння й інших ознак.

По способу утворення пористої структури ніздрюваті бетони підрозділяють на газобетони і газосилікати, одержувані шляхом введення в суміш газоутворювача; пінобетони і піносилікати, одержувані змішуванням суміші з попередньо приготовленою піною. Іноді пористість ніздрюватих бетонів досягається шляхом випаровування надлишкової вологи.

По виду застосовуваної в'яжучої речовини розрізняють:

• газо- і пінобетон, одержувані з застосуванням портландцементу, цементно-вапняного або вапняно-нефелінового в'яжучого;

• газо- і піносилікат із меленим вапном-кипілкою; • газо- і піношлакобетон з в'яжучим із мелених доменних шлаків і

активізуючих добавок (вапно і гіпс).

По виду кремнеземистого компонента ніздрюваті бетони поділяють на газосилікат, газо- і пінобетон, що готуються з частково або цілком меленим кварцовим піском; газо- і пінозолобетон, коли замість піску застосовують золу-винос ТЕЦ.

Готують також ніздрювато-легкі бетони, що містять дрібний або крупний пористий заповнювач (керамзит, перліт і ін.) у кількості 20-30% від об'єму втягнутого повітря.

За умовами твердіння розрізняють ніздрюваті бетони автоклавного твердіння і неавтоклавного. Останні одержують пропарюванням при

90

атмосферному тиску або їх витримують у нормальних температурно-вологісних умовах.

По області застосування ніздрюваті бетони підрозділяють на:

• теплоізоляційні з середньою густиною в сухому стані до 500 кг/м3; • конструктивно-теплоізоляційні (для огороджувальних конструкцій),

середня густина в межах 500…900 кг/м3; • конструктивні (для несучих конструкцій) із середньою густиною від 900

до 1200 кг/м3.

Вироби з конструктивно-теплоізоляційних і конструктивних ніздрюватих бетонів виготовляють, як правило, армованими і їх називають армопінобетонними, армогазобетонними і т.п.

По міцності на стиск у кг/см2 ніздрюваті бетони підрозділяють на марки 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150 і при спеціальному обгрунтуванні - марки 200. За марку приймають межу міцності при стиску кубів із ребром 200 мм, що пройшли теплову обробку, і з вологістю 8%.

При виробничому контролі міцності ніздрюватого бетону готують і випробують зразки-куби з ребром 100 мм, що пройшли теплову обробку разом із базовими виробами і висушені при температурі 100…1100С до постійної маси. Якщо контрольні характеристики ніздрюватого бетону визначалися на зразках іншого розміру, для переходу до зразка розміром 100Х100Х100 мм множать отриману величину межі міцності на коефіцієнт, що для зразка-кубика при розмірах ребер 50 мм дорівнює 0,8, при 70 мм - 0,9, при 150 мм - 1,1. Якщо контрольна характеристика визначена на зразках із розміром ребер 200 мм, до марки ніздрюватого бетону переходять множенням на коефіцієнт 0,85 (враховується нормативна вологість зразків, рівна 8%).

Фізико-механічні властивості ніздрюватих бетонів залежать від виду застосовуваних матеріалів, способів утворення пористості, форми і розмірів пор, умов формування структури і твердіння й інших технологічних факторів.

Міцність ніздрюватих бетонів залежить від їхньої середньої густини. Навіть і при однаковій густині міцність ніздрюватих бетонів різних видів може відрізнятися. Найбільш висока міцність у бетонів після автоклавної обробки. При цьому суттєво економиться застосовувана в'яжуча речовина.

Середня густина ніздрюватого бетону автоклавного твердіння у висушеному до постійної маси стані, в залежності від його марки по міцності на стиск, не повинна перевищувати наступних значень:

Марка бетону 25 35 50 75 100 150 200

Середня густина, кг/м3

600 700 800 900 1000 1100 1200

91

Для неавтоклавних бетонів зазначені значення середньої густини для кожної марки бетону збільшують на 100 кг/м3.

Водопоглинання ніздрюватих бетонів залежить від величини відкритих пор і виду застосовуваних матеріалів. Його значення для конструктивно-теплоізоляційних ніздрюватих бетонів складає від 20 до 55%. При цьому водопоглинання газобетону - 20…40%, газосилікату - 25…45% і газозолосилікату - 35…55%. З підвищенням вологості ніздрюватого бетону міцність його знижується; при повному насиченні вологою вона може зменшитися до 65% від міцності бетону в сухому стані.

Гігроскопічне зволоження ніздрюватих бетонів при відносній вологості повітря 60% в залежності від їхньої густини і виду, складає 1,8…4,5%, а при 100% зростає до 10…22%. Тому конструкції з ніздрюватих бетонів не рекомендується застосовувати без спеціального захисту в помешканнях із підвищеною вологістю.

При оцінці морозостійкості шляхом вимірювання кількості циклів поперемінного заморожування й відтавання для ніздрюватих бетонів установлено марки по морозостійкості F: 10, 15, 25, 35, 50, 100 і 200.

Морозостійкість ніздрюватого бетону є основним нормованим критерієм оцінки довговічності виготовлених із нього конструкцій. Так, для ніздрюватого бетону, застосовуваного в зовнішніх стінових панелях, встановлена марка по морозостійкості F25. Автоклавні ніздрюваті бетони середньою густиною 600…700 кг/м3, виготовлені на клінкерному, змішаному або шлаковому в'яжучому, витримують 75…125 циклів заморожування й відтавання, а на вапняному в'яжучому - 50…75 циклів без істотного зниження міцності. Морозостійкість тим вище, чим менше пористість і більше міцність міжпорових перегородок.

Високі показники морозостійкості ніздрюватих бетонів, що звичайно перевищують нормативні, пояснюються особливостями їхньої будови - великою кількістю замкнутих пор, наповнених повітрям або газом. Вода при замерзанні може вільно розширюватися, тому що пори звичайно цілком не заповнені водою, або переміщатися у вільні від неї комірки. При повному водонасиченні перед випробуванням на морозостійкість, показник морозостійкості може бути дуже низьким (до 5 циклів).

Усадка ніздрюватих бетонів автоклавного твердіння складає 0,5…1,2 мм/м, а пропарюваних - до 2,5 мм/м. Значні усадочні деформації обумовлюються зміною вологості при висиханні бетону, і їхня величина залежить головним чином від початкової вологості виробів після теплової обробки. Після автоклавної обробки вологість виробів складає до 25% по масі, а після пропарювання - до 50 %.

Трохи підвищує величину усадки відносне збільшення в складі ніздрюватого бетону вапна-кипілки, новоутворення якої змінюються в об'ємі при висиханні і карбонізації. Усадка ніздрюватого бетону збільшується також із зменшенням його густини.

92

Від підвищених усадочних деформацій в ніздрюватому бетоні з'являються тріщини, що значно знижують довговічність конструкцій із цього матеріалу. При цьому тріщини з'являються частіше в бетонах неавтоклавного твердіння, виготовлених, із високодисперсних матеріалів (зола і ін.).

Введення до складу ніздрюватого бетону немолотого піску або пористих заповнювачів, зниження відносної витрати води для замішування за умови одержання доброї структури бетону, а також застосування більш досконалої технології виготовлення виробів (наприклад віброспучування) з наступною автоклавною обробкою дозволяють значно знизити усадочні деформації ніздрюватих бетонів і підвищити їхню довговічність.

Теплопровідність ніздрюватих бетонів залежить від середньої густини, вологості і ряду інших факторів. Коефіцієнт теплопровідності при вологості 10% (розрахункової) і густині 600, 800 і 1000 кг/м3 перебуває у межах 0,08…0,30 Вт/(м. 0С).

Матеріали для ніздрюватих бетонів. Для виготовлення ніздрюватих бетонів застосовують в'яжучі матеріали, кремнеземистий компонент, пороутворювач, добавки-регулятори тужавлення і твердіння, а також воду.

У якості в'яжучих речовин для виготовлення ніздрюватих бетонів використовують клінкерні цементи, вапно, вапняно-шлаковий і зольний цементи.

Портландцемент застосовують: алітовий (С3S>50%), низько- і середньоалюмінатний (С3А=5…8%) із початком тужавлення не пізніше 2 год., по інших показниках він повинний задовольняти вимогам державних стандартів.

Для ніздрюватих бетонів неавтоклавного твердіння рекомендується застосовувати цементи марки не менше 400. При цих умовах досягається в короткий термін необхідна стійкість ніздрюватої маси до її тепловологісної обробки.

Застосовувати пуцолановий портландцемент і шлакопортландцемент, що відрізняються уповільненими термінами тужавлення, без дослідної перевірки не рекомендується. Вони також можуть стати причиною підвищеної усадки ніздрюватої маси після заповнення форми.

Для автоклавного ніздрюватого бетону найбільше доцільно використовувати портландцемент разом із вапном-кипілкою (змішане в'яжуче) у відношенні 1:1 по масі.

Для готування автоклавних ніздрюватих бетонів застосовують вапно з вмістом активного СаО не менше 70%, Мg0 не більш 5%, высокоекзотермічне з температурою гасіння біля 850С. Тонкість помелу меленого вапна-кипілки, що характеризується питомою поверхнею частинок, повинна бути не нижче 3500…4000 см2/г.

Нефеліновий цемент, одержуваний спільним помелом нефелінового шлаку з вапном і гіпсом, повинний мати питому поверхню 3000…3500 см2/г,

93

початок тужавлення не раніше 30 хв і не пізніше 1,5 год, а кінець тужавлення не пізніше 6 год. Нефеліновий цемент у порівнянні з портландцементом має більш високу водоутримуючу здатність, і менше схильний до усадочних деформацій.

Вапняно-шлаковий цемент повинний мати початок тужавлення не пізніше 2 год, питому поверхню не менше 4000 см2/г і кількість активного СаО не менше 10% (по масі). Для виготовлення цього цементу застосовують гранульовані доменні шлаки. У випадку застосування відвальних шлаків їх хімічний склад регламентований величиною модуля основності

322 OAl%SiO%MgO%СаО%

++ і модуля активності

2

32

SiO%OAl% , що повинні бути

не менше відповідно 0,6 і 0,4. Інші види шлаків можна використовувати після одержання позитивних результатів їхньої експериментальної перевірки.

У якості кремнеземистого компонента рекомендується застосовувати чисті кварцові піски, що містять не менше 90% кремнезему, не більше 5% глини і 0,5% слюди. Тонкість помелу піску, у залежності від густини ніздрюватого бетону, повинна відповідати питомій поверхні від 1200 до 2000 см2/г.

Зола-винос, застосовувана замість меленого піску, відрізняється неоднорідністю хіміко-мінералогічного складу. Фізична будова золи характеризується високою пористістю і дисперсністю. Ці особливості золи сприяють утворенню підвищеної вологості й уповільненої водовіддачі бетону, його зниженій тріщиностійкості.

До переваг золи в порівнянні з піском можна віднести можливість застосування її в окремих випадках без попереднього розмелу й одержання виробів меншої густини, ніж із кварцовим піском.

Зола-винос повинна містити кремнезему не менше 40%; втрата у масі при прожарюванні в золах, одержуваних при згоранні антрациту і кам'яного вугілля, не повинна перевищувати 8%, а для інших зол - 5%; питома поверхня 2000…3000 см2/г.

Інші кремнеземисті, алюмосилікатні і кальцієво-алюмосилікатні компоненти (трепел, траси, опока й ін.), що характеризуються підвищеною водопотребою, для таких бетонів майже не використовують.

Для утворення ніздрюватої структури бетону застосовують піноутворювачі і газоутворювачі.

У якості піноутворювачів використовують декілька видів поверхнево-активних речовин, що сприяють одержанню стійких пін.

Клеєканіфольний піноутворювач готують із міздрового або кісткового клею, каніфолі і водяного розчину їдкого натру. Клеєканіфольний піноутворювач несумісний із прискорювачами твердіння цементу кислотного характеру, тому що вони викликають згортання клею. Його зберігають не більш 20 днів в умовах низької температури.

94

Смоло-сапониновий піноутворювач готують із мильного кореня і води. Введення в нього рідкого скла в якості стабілізатора збільшує стійкість піни. Цей піноутворювач зберігає свої властивості при нормальній температурі і вологості повітря біля 1 місяця.

Алюмосульфонафтеновий піноутворювач одержують із гасу, сірчанокислого глинозему і їдкого натру. Він зберігає свої властивості при додатній температурі до 6 місяців.

У якості газоутворювача у виробництві газобетону і газосилікату застосовують алюмінієву пудру, що випускають чотирьох марок. Для виробництва газобетону використовується пудра марки ПАК-3 або ПАК-4 з вмістом активного алюмінію 82% і тонкістю помелу 5000-6000 см2/г. Витрата алюмінієвої пудри залежить від середньої густини одержуваного газобетону і складає 0,25-0,6 кг/м3.

При виробництві алюмінієвої пудри для захисту її від окислювання вводиться парафін, що обволікає тонкою плівкою кожну частинку алюмінію, надаючи йому гідрофобність. Така плівка перешкоджає осадженню пудри у воді й утворенню водяної суспензії. Тому алюмінієву пудру попередньо пропікають шаром товщиною 4 см в електричних печах при температурі 200-220 протягом 4-6 ч. Цей процес відносно дорогий і вибухонебезпечний.

Застосовують також спосіб готування суспензії з розчинами поверхнево-активних речовин (каніфольне мило, милонафт і ін.), що додають частинкам пудри гідрофільність.

Витрата поверхнево-активної добавки (у перерахуванні на суху речовину) складає біля 5% маси пудри.

Широко використовують в якості газоутворювача готову для застосування без попередньої обробки алюмінієву пасту.

Для уповільнення швидкості гасіння меленого вапна-кипілки добавляють двоводний гіпс. Він повинен мати тонкість помелу, що характеризується залишком на ситі № 02 не більш 3%. Допускається застосовувати напівводний гіпс разом із добавкою поташу. Використання для цієї цілі інших добавок ( тваринний клей, поверхнево-активні добавки) менш ефективно.

В армованих конструкціях із ніздрюватих бетонів для захисту арматури від корозії на її поверхню наносять цементно-бітумне, цементно-латексне або цементно-полістирольне покриття. Останнє забезпечує краще зчеплення арматури з бетоном. Товщина покриття складає 0,3…0,5 мм.

Утворення ніздрюватої структури в бетонній суміші. Основні властивості ніздрюватого бетону визначаються складом, умовами утворення і стабільністю структури ніздрюватої суміші і залежать від режиму твердіння останньої. При цьому ніздрювата суміш повинна мати певну кількість рівномірно розподілених пор оптимальної форми і розміру, зберігаючи таку структуру до одержання необхідної міцності.

Для одержання ніздрюватої суміші за допомогою піноутворювачів, розчинну суміш змішують із попередньо приготовленою піною. Структура

95

ніздрюватої суміші буде багато в чому визначатися якістю застосовуваної піни.

Піна являє собою висококонцентровану дисперсію газу (повітря) у рідині. Стійка піна утворюється при інтенсивному механічному перемішуванні рідини і повітря в присутності стабілізатору.

Міцність і тривалість зберігання структури піни залежать від властивостей і кількості піноутворювача, що концентрується в результаті адсорбції на поверхні між різними фазами.

Під час змішування піни з розчинною сумішшю тверді частинки останньої впроваджуються у водяні оболонки піни. Після чого в'яжуча речовина розчину твердіє, перетворюючи оболонки піни у тверді шкарлупи. Чим менше були розміри комірок піни, тим міцніше при інших однакових умовах будуть шкарлупи.

Основними показниками якості піни є кратність (вихід пор) і стійкість.

Кратність піни К виражають відношенням об'єму отриманої піни Vп до об'єму водного розчину піноутворювача Vр, витраченому для одержання піни:

р

п

VVК = . (10.1)

Кратність піни залежить від властивостей піноутворювача - його спроможності знижувати поверхневий натяг водяного розчину. Кратність зростає зі збільшенням розмірів комірок і зі зменшенням товщини плівок. Із збільшенням до певної межі концентрації піноутворювача кратність піни підвищується. Піноутворювач, використовуваний для одержання пінобетону, повинен забезпечити кратність піни не менше 15.

Під стійкістю піни розуміють її властивість тривалий час зберігати свою структуру без руйнування. Вона характеризується величиною осідання стовпа піни в одиницю часу. На стійкість піни впливає її густина, розмір повітряних бульбашок, товщина плівок піни, їх склад і структурно-механічна міцність.

Для збільшення стійкості піни застосовують стабілізатори, які збільшують в'язкість розчину піноутворювача. До них відносять рідке скло, столярний клей, смоли. Осадка піни за 1 год не повинна перевищувати 10 мм.

Спосіб готування ніздрюватої суміші за допомогою газоутворювача заснований на властивості пластичної розчинної суміші утримувати при спучуванні, рівномірно розподілений у ній газ, що виділився. У результаті взаємодії алюмінієвої пудри, введеної в розчинну суміш, із гідроксидом кальцію, що утворюється при гідратації цементу або є в розчині, виділяється водень:

2А1 + ЗСа (ОН)2 + 6Н2О = ЗСаО•А12О3•6Н2О + ЗН2↑

96

Частинки алюмінієвої пудри стають центрами утворення газу, в міру накопичення якого виникають і зберігаються сферичні комірки, розосереджені по всьому об'єму суміші.

Ніздрювата структура даного виду бетону формується при одночасно діючих процесах газовиділення і газоутримання в суміші.

Кінетика цих процесів залежить від властивостей і кількості алюмінієвої пудри, хімічного складу і температури суміші, її початкової рухливості і в'язкості, а також від швидкості утворення структури з певними механічними властивостями.

Від дисперсності, чистоти і кількості алюмінієвої пудри залежить число центрів газоутворення і розмір комірок. Хімічний склад суміші характеризується її лужністю. Для нормального газоутворення лужність розчину повинна відповідати показнику рН не менше 11,5. Введення в суміш вапна-кипілки підвищує значення рН.

Температура суміші істотно впливає на швидкість реакції газоутворення. Так, при підвищенні початкової температури суміші з 40 до 500С час газовиділення скорочується в 1,5…2 рази.

Суміш у період газовиділення повинна мати таку рухливість, щоб бульбашки газу, що утворяться, легко її розсовували. При цьому вона повинна мати достатню в'язкість, щоб перешкоджати зливанню і переміщенню газових бульбашок.

Для створення оптимальних умов виділення газу і його утримання в розчинній суміші необхідно забезпечити відповідність між швидкістю реакції утворення газу і збільшенням несучої спроможності суміші, що залежить від зміни її структурно-механічних властивостей.

Ніздрювату суміш можна віднести до пластично-в'язких систем. Кінетику зміни структурно-механічних властивостей такої системи можна характеризувати пластичною міцністю.

Пластичну міцність (або несучу спроможність) суміші обчислюють по наступній формулі:

2hРК=τ , (10.2)

де τ- пластична міцність суміші, г/см2; h- глибина занурення конуса, см; Р - вага вантажу, г; К-коефіцієнт, що залежить від кута при вершині конуса; для конуса з кутом 600 К=0,956.

Швидкість наростання пластичної міцності суміші обумовлена головним чином структуроутворенням в'яжучих. Цей процес у плівках-стінках комірок протікає швидше, ніж у щільних масах, і випереджає терміни тужавлення в'яжучих. Найбільш інтенсивно пластична міцність наростає в сумішах із вапном і вапняно-цементним в'яжучим і значно повільніше з одним цементним в'яжучим. Істотний вплив на зміну величини пластичної міцності, як і на процес газоутворення, має початкова температура (рис. 10.1) і текучість суміші (рис. 10.2).

97

Чим вище значення пластичної міцності суміші наприкінці процесу газовиділення, тим краще в ній газоутримання.

Передчасне підвищення пластичної міцності (до закінчення процесу газовиділення) може привести до руйнування структури ніздрюватого бетону. При недостатній пластичній міцності бульбашки газу можуть прориватися до поверхні розчинної суміші і створювати так зване кипіння, що руйнує утворювану ніздрювату структуру. Керуючи процесом зміни пластичної міцності суміші, можна забезпечити її газоутримуючу здатність, і одержати газобетон із заданими властивостями.

Викладені положення відбивають процеси формування структури газобетону при звичайному способі його виготовлення.

При формуванні ніздрюватої структури газобетону застосовують також метод віброспучування суміші. При цьому використовують високов'язкі суміші малої рухливості з водовмістом на 15…30% менше, ніж у звичайних сумішах для такого виду бетону.

До початку періоду активного газоутворення суміш має підвищену пластичну міцність. Тому для створення сприятливих умов формування ніздрюватої структури суміш піддають короткочасному вібруванню (1…3 хв), у процесі якого вона розріджується і спучується. Після закінчення вібрування суміш має пластичну міцність, достатню для утримання газу. При цьому структура бетону утворюється з більш дрібною і рівномірно розподіленою пористістю.

Рис. 10.1. Зміна пластичної міцності газобетонної суміші на цементно-вапняному в'яжучому при різній температурі твердіння суміші: 1, 2, 3 – відповідно 60, 40, 20 0С

Рис. 10.2. Зміна пластичної міцності в газобетонній суміші на цементно-вапняному в'яжучому при різній ії текучесті: 1, 2, 3 – текучість відповідно 22, 24, 26 см (згідно із візкозиметром Суттарда)

98

Технологія одержання ніздрюватого бетону віброспучуванням суміші має істотні техніко-економічні переваги в порівнянні зі звичайним способом готування газобетону: скорочується тривалість передавтоклавної витримки і час автоклавної обробки виробів; знижується вологість виробів після автоклавної обробки до 14…17%; значно поліпшуються фізико-механічні властивості газобетону. При цьому межа міцності , прийнята для відповідної густини, для віброспучуваного ніздрюватого бетону виходить на одну марку вище.

Більш високі показники властивостей ніздрюватого бетону одержують у випадку застосування високочастотного віброспучування з попередньою віброактивацією розчину.

При порівнянні способів формування ніздрюватої структури за допомогою піно- і газоутворювачів, а також показників властивостей виробів виявлені явні переваги газобетонів. До цих переваг відносяться наступні:

• Підвищена температура суміші прискорює наростання її пластичної міцності і дає можливість зменшити витримку виробів до автоклавної обробки в 2,5…3 рази (при більш високій температурі відформованих виробів створюються сприятливі умови для прискорення автоклавної обробки й одержання виробів без тріщин);

• Поверхня виробів із газобетону не має відшарувань; • Застосування сумішей із мінімальною витратою води в сполученні з

віброспучуванням дозволяє одержувати газобетони з більш високими властивостями, ніж пінобетони.

Внаслідок цих переваг, а також можливості використання місцевої сировини (вапна, піску, шлаку і золи) виготовлення автоклавних газобетону, газосилікату і газошлакобетону стало основним напрямком розвитку виробництва ніздрюватих бетонів.

Визначення складу ніздрюватих бетонів. При визначенні складу ніздрюватого бетону необхідно забезпечити задану середню густину і його найбільшу міцність при мінімальних витратах пороутворювача і в'яжучої речовини. При цьому структура ніздрюватого бетону повинна бути з рівномірно розподіленими дрібними порами, правильної шаровидноі форми.

Середня густина ніздрюватого бетону і його пористість залежать головним чином від витрати пороутворювача і ступеня використання його здатності до пороутворення. На їхню величину мають деякий вплив температура суміші і прийнята кількість води для замішування суміші, тобто водотверде відношення В/Т (відношення об'єму води до маси в'яжучої речовини і кремнеземистої добавки).

Збільшення В/Т підвищує текучість суміші, а отже, поліпшує умови утворення пористої структури, якщо забезпечується достатня пластична міцність суміші до кінця процесу газоутворення.

Міцність ніздрюватого бетону залежить від його пористості, структури пор і міцності міжпорових оболонок.

99

Із збільшенням водотвердого відношення до оптимального значення, що забезпечує найкращі умови формування структури суміші, міцність ніздрюватого бетону підвищується.

Міцність міжпорових оболонок, у свою чергу, залежить від оптимального співвідношення основного в'яжучого (цементу, вапна або цементу + вапно) і кремнеземистого компонента, від ступеня розріджування цієї комплексної в'яжучої речовини водою В/Т, а також умов тепловологісної обробки.

З цього випливає, що застосування сумішей із мінімальним значенням В/Т за умови утворення високоякісної структури (наприклад, віброспучуванням) дозволяє одержати ніздрюватий бетон більш високої міцності.

Склад ніздрюватого бетону визначають, так само як і інших бетонів, розрахунково-експериментальним методом.

Визначенню складу бетону повинна передувати перевірка відповідності якості матеріалів вимогам відповідних ДСТУ, а також визначення показників властивостей пороутворювача.

Склад бетону визначають у наступній послідовності:

1. Встановлюють оптимальне співвідношення між кремнеземистим компонентом і в'яжучою речовиною;

2. Визначають водотверде відношення В/Т, що забезпечує оптимальну текучість суміші і краще використання пороутворювача;

3. Готують пробні заміси й уточнюють оптимальний склад ніздрюватого бетону.

Оптимальне співвідношення між кремнеземистим компонентом і в'яжучим (С) визначається в два етапи. Попередньо на пробному замісі з вихідним значенням С визначають кількість води в суміші (або В/Т), що забезпечує оптимальну текучість суміші.

Вихідне значення С приймають у залежності від застосовуваного в'яжучого. Так,

для вапна (з вмістом 70% активного СаО) С=3

для вапняно-цементного в'яжучого (склад 1:1) С= 1,5

для вапняно-шлакового цементу і портландцементу С=1,0

За вихідні значення В/Т приймають такі величини, що відповідають текучості, зазначеної в табл. 10.1.

100

Таблиця 10.1 Значення текучості розчину для визначення вихідного В/Т суміші (діаметр

розпливу розчину в см на віскозиметрі Суттарда) Газобетон Задана середня

густина ніздрюватого бетону в сухому стані, кг/м3

Пінобетон на усіх видах в'яжучих

на цементі

і цементно-

вапняном

у в'яжучом

у

на вапні і

вапняно-

шлаковому

цементі

на

нефеліново

му цементі

600 26 26 21 32 800 22 18 17 22

1000 18 14 14 15 1200 11 12 12 12

Примітка. Температура розчину газобетону повинна знаходитися в інтервалі 30…450С , газосилікату - 30…400С і пінобетону - 20-300С.

Оптимальне значення С установлюють по найбільших результатах випробування на міцність при стиску 3…4 серій зразків із розчину при наступних значеннях С:

на вапні 2,4 2,6 2,8 3,2 3,4 3,6 на портландцементі і вапняно-шлаковому цементі

0,75 1,25 1,50 1,75

на вапняно-цементному в'яжучому і нефеліновому цементі

1 1,25 1,75 2

Оптимальне відношення В/Т (а для газобетону і температуру розчину) визначають по максимальному коефіцієнті використання пороутворювача α. При цьому, крім вихідного значення В/Т, приймають два інших, що відрізняються від нього на ±0,04, а температуру суміші на ±30С , ±60С від вихідної.

У випадку готування газобетону шляхом віброспучування В/Т призначають на 20…30% менше, ніж для звичайної технології. При цьому визначають пластичну міцність суміші після вібрування.

За оптимальне приймають значення В/Т і відповідну пластичну міцність, при яких буде отриманий найбільший коефіцієнт використання пороутворювача.

Витрату матеріалів в кг на кожний пробний заміс об'ємом V визначають по наведених нижче формулах.

Витрата в'яжучого:

( )VС1К

ρРс

бяж'в +

= , (10.3)

Витрата кремнеземистого компоненту:

СРР яж'вк = , (10.4)

101

Витрата води:

( ) Т/ВРРР кяж'вв += , (10.5)

де ρб - задана середня густина ніздрюватого бетону в сухому стані, кг/л; Кс - коефіцієнт, що враховує гідратну воду (для попередніх розрахунків його приймають рівним 1,1).

Витрату пороутворювача Рп в кг на заміс ніздрюватого бетону обчислюють по формулі

VК

ПР нп α

= , (10.6)

де К-вихід пор (відношення об'єму пор до маси пороутворювача в л/кг); значення К для алюмінієвої пудри ПАК-3 (при температурі розчину 400С) приймають рівним 1390 л/кг, а для піноутворювача ГК-20 л/кг; α - коефіцієнт використання пороутворюючої здатності, для попередніх розрахунків приймають рівним 0,85; Пн - пористість ніздрюватої суміші в частках одиниці об'єму.

Пн обчислюється по формулі:

( )Т/ВWКρ1П

с

бн +−= , (10.7)

де W-абсолютний об'єм 1 кг сухої суміші в л, прийнятий за табл. 10.2. Пористість суміші можна також визначити по фактичних значеннях

густини розчину (без врахування маси пороутворювача) ρо..р. та вже спученої ніздрюватої маси оптимального складу ρо..н.

.р.о

о.н.н ρ

ρ1П −= . (10.8)

Таблиця 10.2 Вихідні значення W, л

В'яжуче Кремнеземистий компонент із істиною густиною ρ, г/см3

портландце-мент при С=1

змішане або нефеліновий цемент при С=1,5

вапно при С=3

вапняно-шлаковий цемент при С=1

Пісок —2,65 0,34 0,36 0,38 0,32 Зола — 2,36 0,38 0,40 0,40 0,36 Зола —2,0 0,44 0,48 0,48 0,42

Із ніздрюватого бетону оптимального складу готують контрольні

зразки, яки випробують після тепловологісної обробки. За результатами їх випробовувань уточнюють склад бетону, що має забезпечити одержання матеріалу із заданою густиною (не більше ніж задана) і необхідної марки за міцністю.

102

РОЗДІЛ 2 ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ БЕТОНУ

Виробництво бетонних виробів повинно здійснюватися відповідно

до вимог норм ДБН А.3.1-7-96 і технологічних документів (стандартів підприємств, технологічних карт чи регламентів), розроблених з урахуванням конкретних умов виробництва та затверджених в установленому порядку.

В процесі виготовлення бетонних виробів необхідно дотримуватися вимог державних, відомчих або регіональних нормативних документів на матеріали, обладнання, технологічне оснащення, інструменти, систему якості виробництва, а також із охорони праці та навколишнього середовища.

Прилади, вимірювальне обладнання, пристрої та інструменти, що застосовуються під час контролю і випробувань матеріалів, напівфабрикатів та готових виробів, а також під час виконання та контролю технологічних процесів і операцій, повинні задовольняти вимоги відповідних стандартів або технічних умов та вивірятися в установленому порядку державними та відомчими метрологічними службами.

11. СКЛАДИ ЦЕМЕНТУ, ЇХ РОЗРАХУНКИ І КОМПОНОВКА

Складування і зберігання цементу необхідно провадити у спеціалізованих силосних складах. Вивантаження і транспортування цементу необхідно здійснювати пневмотранспортом.

Не допускається зберігання цементу у тимчасових складах під навісами та брезентовими покриттями, а також біля агресивних хімічних та органічних речовин і матеріалів. Не допускається одночасне зберігання в одному силосі цементів різних марок і видів. При тривалому зберіганні для запобігання злежуванню цементу слід періодично раз у 2…3 місяці перекачувати його з одного силосу до іншого.

Класифікація складів цементу. Склади цементу класифікують по прив’язці до транспортних шляхів, по ємкості, типу силосів і способу управління і подачі цементу.

По прив'язці до транспортних шляхів:

• приколійні; • притрасові; • комбіновані.

По ємкості:

• 240т; • 360 т; • 480 т; • 720 т; • 1100 т;

103

• 1700 т; • 2500 т; • 4000 т.

По типу силосів:

• металічні; • залізобетонні.

По способу управління:

• механізовані; • автоматизовані.

Приймання і транспортування цементу. Цемент та інші в’яжучі речовини доставляють на склад, як правило навалом залізничним або автотранспортом. По залізниці цемент транспортується в бункерних вагонах, у вагонах-цистернах або критих вагонах.

Важливою умовою є надійний захист цементу від доступу атмосферної і грунтової вологи при його розвантаженні, транспортуванні і зберіганні.

Розвантаження цементу на склад із бункерного вагону здійснюється через люки даної частини бункера. Цемент самопливом поступає у приймальні жолоби гвинтового конвеєра і далі транспортується на склад (у силоси). На це затрачується 20…30 хв.

Із саморозвантажувальних вагонів-цистерн цемент вивантажується за допомогою стисненого повітря компресорної установки. При цьому може транспортуватись по горизонталі на відстань до 60 м з одночасним підйомом на висоту 10 м.

Цемент, що поступає на завод в критих вагонах розвантажується в приймальні бункери складів за допомогою механічних або пневматичних розвантажувачів всмоктувальної чи всмоктувапьно-нагнітаючої дії. Час розвантаження становить 1...2год.

Автотранспортом цемент на склади доставляється в цементовозах вантажопід'ємністю: 8; 13,5; 22 т. Розвантаження здійснюється стисненим повітрям компресорної установки, змонтованій на цементовозі. Автоцементовоз може забезпечити подачу цементу по горизонталі на 20...50 м і на висоту до 25 м. Час розвантаження 12…15 хв.

Подача цементу по вертикалі на висоту до 35 м на складах здійснюється пневматичними гвинтовими підіймачами продуктивністю 20...100 т/год.

Горизонтальний транспорт цементу здійснюється пневматичними, гвинтовими, камерними або струминними насосами. Продуктивність насосів 10...125 т/год. Дальність подачі включаючи підйом до 30 м складає 150…400 м.

Характеристики типових складів цементу наведені в табл 13.1

104

Таблиця 13.1

Технічна характеристика типових складів цементу Ти

п складу

Місткість

,т

Число

силосів

Річний

вантаж

е-оберт,

Витрата

стиснено

-го

повітря,

Потуж

ність

двигунів

, кВ

т

Кількість

працюючих

Притрасо-вий

360 6 17,3 10.5 50,8 2

240 4 11.5 10.5 60.8 2 -“- 720 6 34,5 10.5 50.8 2

480 4 23 10,5 60.8 2 Приколій- 360 6 17.3 36.4 156.1 5

ний 240 4 11.5 36,4 141,6 5 -“- 720 6 36,7 35.2 211.9 5

480 4 24.5 35,2 208,1 5 -“- 1700 6 102 57.2 400.7/41 Г 6

1100 4 71.4 57,2 343,5/402,7 6 Приколій 4000 6 204 57.2 402/482,3 6

ний 2500 4 136.6 57.2 394.7/403.9 Примітка. Перед рискою дана встановлена потужність при видачі цементу в

автоцементовози із саморозвантаженням, після риски – без саморозвантаження.

Цемент зі складу видається в бетонозмішувальний цех або в автотранспорт. При відстані від складу цементу до бетонозмішувального цеху менше 15 м цемент подається у витратні бункери пневмогвинтовим насосом; більш 15 м - гвинтовим конвеєром. В тому і другому випадку на дно силосів встановлюється пневморозвантажувач з дистанційним управлінням.

Видача цементу із силосів в автоцементовози без саморозвантаження здійснюється через пневморозвантажувачі бокового вивантаження з дистанційним управлінням у завантажувальну установку, яка забезпечує обезпилену подачу цементу в люк автоцементовоза. Видача цементу із силосів в автоцементовози із саморозвантажуванням здійснюється через трубу з краном, розміщену знизу конусного дна силосу.

На рис. 13.1…13.2 зображені деякі типові склади цементу.

105

Рис. 13.1. Автоматизований притрасовий склад цементу місткістю 360/240 т. (Стаціонарний варіант): 1 - приміщення вентилятора і сушки стиснутого повітря - 16 м2; 2 -приміщення пневмогвинтового насоса або пневмопідйомника (ерліфта) - 18 м2; 3 - пультова - 16 м2; 4 - силоси - 6/4 шт.

106

Рис. 13.2. Автоматизований приколійний склад цементу місткістю 360/240 т. (Варіант подачі цементу в БЗВ пневмогвинтовим насосом): 1 - пультова на відм. 4.400 - 21 м2; 2 - приміщення вакуум-насосу - 21 м2; 3 - приміщення пневморозвантажувача і фільтра - 54 м2; 4 - навіс - 72 м2; 5 - приміщення пневмопідйомника (ерліфта) - 34 м2; 6 - силоси- 6/4 шт.

107

Проектування і компоновка складів цементу. Склади цементу проектують у відповідності з нормами технологічного проектування підприємств збірного залізобетону.

Потрібну місткість складу цементу визначають за формулою: )KP/(KnЦQV 21ц ⋅⋅⋅⋅= , (13.1)

де Q - річна продуктивність бетонозмішувального цеху, м3; Ц - витрата цементу на 1 м3 бетонної суміші кг; n - нормативний запас цементу на складі (5 … 10 діб); К1 = 1.04 - коефіцієнт можливих втрат цементу при розвантажуванні; К2 = 0,9 - коефіцієнт використання технологічного обладнання; Р - розрахункова кількість робочих днів на рік, приймається, як для формовочних ліній, що входять у склад виробництва.

Кількість силосів на складах береться 4 або 6. Силоси проектуються циліндричної форми, металеві або залізобетонні. Діаметр силосів 3; 6; 12 м. Висота 10...30 м. Силоси можуть бути розміщені в один або два ряди.

Цементи різних видів і марок слід зберігати нарізно. Коли надходить партія нового цементу, його потрібно завантажити в окремий силос. Склад цементу повинен розміщуватись доцільно відносно під’їзних колій і бути в той же час в безпосередній близькості від бетонозмішувального відділення.

Обладнання складу залежить від способу транспортування цементу. Для запобігання утворення склепінь і для безперебійного

вивантаження цементу із силосів, їхнє дно виконують у вигляді конусу і обладнують аеруючими пристроями. Для горизонтального переміщення широко використовують аерожолоби. Вони мають високу продуктивність, надійність і економічність.

Основними технічними характеристиками складів цементу є кількість силосів, місткість складу, річний вантажообіг, питомі енерговитрати, трудомісткість зберігання 1 т цементу.

Підготовка цементу. Як підготовчу операцію проводять активацію і віброактивацію цементу. Активацію застосовують з метою повнішого використання його в'яжучих властивостей, підвищення активності і прискорення твердіння. Ії проводять безпосередньо перед приготуванням бетонної суміші шляхом додаткового помелу на складі цементу і збільшення його питомої поверхні до 4000…4500 см2/г. Підвищення міцності при цьому може досягати 50% у віці 28 діб, в добовому віці -150%.

Більш ефективний мокрий помел цементу, особливо разом з добавками-прискорювачами твердіння. Мокрий помел товарного цементу разом з кварцовим піском дає можливість досягти значної економії цементу, особливо при автоклавній обробці.

Віброактивація цементу - це вібрування протягом 5...10 хв. густого цементного тіста при частоті вібраційних коливань більше 6000 кол/хв. При цьому вода в системі розподіляється рівномірніше, що сприяє утворенню щільнішої і одноріднішої структури цементного каменю. Віброактивація може бути самостійною технологічною операцією, або здійснюватися під час

108

віброперемішування бетонної суміші. Високої ефективності активації цементного тіста можна досягти у високошвидкісних змішувачах турбулентного типу і при обробці цементно-водної суспензії акустичними коливаннями ультразвукової частоти.

Автоматизація складів цементу. На сучасних заводах по виробництву залізобетонних виробів і конструкцій робота складів цементу цілком або частково автоматизована.

При частковій автоматизації, що обмежується блокуванням, дистанційним управлінням і сигналізацією складів цементу з механічним транспортом, блокуються ланцюжки електродвигунів. При цьому управління електродвигунами, як правило, здійснюється дистанційно з пульта оператора, сюди ж надходять сигнали про стан механізмів і про рівень заповнення цементних силосів.

На складі цементу з пневматичним транспортуванням у систему блокування і дистанційного управління входять гвинтові і камерні пневмонасоси і перемикачі. При цьому системи сигналізації відбивають стан механізмів, рівень заповнення силосів і тиск стиснутого повітря.

При комплексній автоматизації складів автоматизується весь комплекс машин і установок по прийому цементу з транспортних засобів, що поступили на склад, транспортуванню його в силоси і видаткові бункера бетонозмішувального цеху і збереженню цементу в силосах.

Електродвигуни транспортних пристроїв, перемикачі, клапани-засувки й апаратура контролю рівня заповнення силосів охоплені єдиним блокуванням, що дає можливість забезпечити контроль рівня цементу в силосах.

Схема автоматичного управління механізмами складу цементу, обладнаного пневматичним підйомником, покажчиками рівня і перемикачами, показана на рис. 13.3. Після подачі вагонів під розвантаження автоматично включається ланцюг механізмів подачі цементу на склад, за винятком пневморозвантажувача, яким управляє оператор із переносного пульту.

Цемент надходить у силос після дистанційного переключення цементоводу за допомогою кранів із електропневматичним приводом. Після заповнення силосу під дією електросигналу від покажчика верхнього рівня автоматично виключається ланцюг механізмів розвантаження.

Цемент необхідної марки подається по сигналу з пульта бетонозмішувального цеху, що автоматично включає ланцюг механізмів видачі цементу. Кожний механізм включається, якщо вже працює попередній, за схемою блокування-електродвигун.

Контроль за проходженням цементу по трубопроводах здійснюється за допомогою ємкісних датчиків, установлених на цементоводах.

Системи управління, контролю і сигналізації на лінії видачі цементу зі складу в бетонозмішувальний цех зосереджені в надбункерном відділенні.

109

12. СКЛАДИ ЗАПОВНЮВАЧІВ, ЇХ РОЗРАХУНКИ І КОМПОНОВКА

Складувати та зберігати крупні та дрібні заповнювачі необхідно окремо за фракціями в умовах, що виключають змішування заповнювачів різних видів і фракцій та їх забруднення і змерзання.

Підготовка заповнювачів. На завод по виробництву бетонних та залізобетонних виробів заповнювачі повинні надійти чистими і розділеними на окремі фракції. Вся підготовка заповнювачів звичайно здійснюється на місці їхнього добування і переробки. В окремих випадках на складі заповнювачів доводиться передбачати сортувальну установку для відокремлення більш крупних або більш дрібних зерен і уламків, розсіву заповнювачів на фракції, а також для видалення шкідливих домішок.

Для сортування і збагачення заповнювачів застосовують плоскі і циліндричні гуркоти. При сухому сортуванні потрібно стежити, щоб вологість заповнювачів не перевищувала 2%, у іншому випадку комірки гуркоту засмічуються дрібними фракціями породи. Для вологих

Рис. 13.3. Схема автоматичного управління механізмами складу цемента: 1 – пневматичний під'йомник; 2 – трубопровод; 3 – силос; 4 – покажчик нижнього рівня; 5 – покажчик верхнього рівня; 6 – перемикач; 7 – ємкісний датчик; 8 – доний пневморозвантажувач; 9 – боковий пневморозвантажувач; 10 – лебедка.

110

заповнювачів варто рекомендувати сортування на вібраційних гуркотах з інтенсивною поливкою водою або на спеціальних машинах-гравіємийках і ін. Пісок розділяють на фракції з видаленням із нього глинястих і пилуватих частинок на спеціальних машинах-піскомийках, гідравлічних класифікаторах і ін.

Розвантаження заповнювачів. Розвантаження заповнювачів може здійснюватись гравітаційним способом, зштовхуванням і черпанням.

Найефективнішим є гравітаційне розвантаження за допомогою, автосамоскидів або саморозвантажувальних вагонів.

Розвантажування зштовхуванням здійснюється із відкритих платформ за допомогою розвантажувальних машин типу Т-182А (рис. 14.1 ).

Матеріал зштовхується з платформи, що поступово переміщується над приймальним бункером спеціальним скребком Продуктивність машини до 170 т/год. Для розпушування мерзлих матеріалів застосовується бурофрезерний розпушувач.

Розвантаження черпанням здійснюють з напіввагонів усіх типів і відкритих платформ спеціальним самохідним розвантажувачем портально-елеваторного типу ТР-2 (рис. 14.2). Розвантажувач обладнаний ковшовими

Рис. 14.1. Схема розвантажування заповнювачів машиною Т-182А: 1 – бурофрезерні розпушувачі; 2 – розвантажувальна машина Т-182А; 3 – платформа, що розвантажується; 4 – приймальний бункер; 5 –стрічковий конвейєр; 6 – надштабельна галерея; 7 – надштабельний конвейєр; 8 – парові регістри; 9 – віброживильник; 10 – підштабельна галерея; 11 – підштабельний конвейєр.

111

елеваторами з механізмами для піднімання й опускання, приймальними реверсним і відвальним стрічковими конвеєрами.

При розвантаженні ковші елеваторів поступово опускаються у напіввагон, захоплюють заповнювач по всій ширині вагону і подають його на горизонтальний передавальний конвеєр. Потім відвальним конвеєром матеріал подається в штабель або приймальний бункер. Продуктивність ТР-2 до 400 т/год. Відстань штабеля від осі колії порталу 20 м висота штабеля до 9 м. Використовують і інші розвантажувачі такого типу.

Підігрів заповнювачів у зимовий час. Взимку перед подачею заповнювачів у бетонозмішувальні цехи доводиться підігрівати їх. Цей процес може бути одноступеневим, коли одночасно відбувається відтаювання і підігрів заповнювачів, і двохступеневим, коли на певних установках їх тільки відтають, а на інших підігрівають до розрахункових температур.

Рис. 14.2. Самохідний розвантажувач ТР-2: 1 – напіввагон; 2 – стаціонарний маневровий пристрій; 3 – підштабельна галерея; 4 – склад заповнювачів; 5 – розвантажувальна машина ТР-2; 6 – буророзрихлювальна установка.

112

Одноступеневий підігрів доцільний для крупних заповнювачів, що знаходяться на закритих складах, а також у всіх випадках, коли виключається змерзання заповнювачів на складі.

Двохступеневий підігрів буває доцільним при зберіганні заповнювачів (у першу чергу піску) у відкритих штабелях, схильних до змерзання. Перший ступінь підігріву здійснюється з метою забезпечення сипучих властивостей заповнювачів перед подачею зі складу на транспортери, розташовані в підштабельних галереях. Друга ступінь нагрівання ведеться на інших установках.

Для відтаювання і підігріву заповнювачів застосовують регістри, встановлювані в складських ємкостях, бункерах підігріву і обертові барабани типу сушильних. На заводах по виробництву збірного залізобетону широко застосовують підігрів заповнювачів у штабелях і бункерах паровими регістрами з посилених сталевих безшовних труб, що розташовані над тічками для вивантаження матеріалу на підштабельний конвеєр.

Щоб запобігти утворенню склепінь, регістри варто встановлювати при мінімальній відстані між центрами труб 50 см для піску і 60 см для щебеню або гравію. На складах повинна бути система автоматичного вмикання регістрів у залежності від досягнутої температури заповнювачів.

Спосіб контактного підігріву має ряд недоліків: велику тривалість і нерівномірність нагрівання матеріалу через порівняно малу поверхню нагрівання труб, руйнування зварних з'єднань і регістрів під час ударів уламків заповнювачів, що змерзлись.

Контактний спосіб відтаювання матеріалів на складі в штабелях можна доповнити нагріванням заповнювачів за рахунок конвективного теплообміну, для створення якого теплоносій безпосередньо вводять у масу матеріалу, що обігрівається. Теплоносієм при цьому є гаряче повітря або димові гази, змішані з повітрям.

Основним агрегатом установки по конвективному нагріванню заповнювачів є обертовий сушильний барабан. Останній застосовують і в якості нагрівального пристрою (одноступеневий підігрів) у випадку надходження на склад брил заповнювачів із розмірами не більш 300…400 мм або подрібненням їх до зазначених меж перед завантаженням у барабан.

У складі установки є два прямоточні обертові барабани розміром 2,2х14 м. Один барабан призначений для підігріву піску, другий - щебеню. В обертовому барабані забезпечується інтенсивний теплообмін і досить рівномірний нагрів. За 30...40 хв. заповнювач встигає нагрітися в барабані на 50...60 0С. Продуктивність такого барабану складає, в залежності від розмірів і швидкості обертання, від 20 до 150 т/год.

Багаторічний досвід застосування обертових барабанів для відтаювання і підігріву заповнювачів бетону в Росії, а також у північних районах України підтвердив доцільність застосування таких установок.

Класифікація складів заповнювачів. Склади заповнювачів класифікують:

113

1. по типу місткості для зберігання заповнювачів на:

• штабельні; • бункерні; • силосні;

2. по способу зберігання заповнювачів:

• відкриті; • закриті; • частково закриті;

3. по виду зовнішнього транспорту для доставки матеріалів:

• приколійні (залізничний транспорт); • притрасові (автомобільний транспорт); • берегові (водний транспорт);

4. за територіальною орієнтацією:

• лінійно протяжні (розміщення матеріалів вздовж колії або автодороги); • паралельно рядові (розміщення матеріалів паралельними штабелями, між

якими проходять колії); • секторні (кільцеві) матеріали розміщені по колу.

Найпоширенішими видами механізованих складів заповнювачів є штабельно-лінійні, штабельно-кільцеві, штабельні у вигляді круглого конусу, естакадно-штабельні, силосні, напівбункерні і траншейні.

Відкриті склади. Штабельно-лінійний склад (рис 14.3 ) обладнаний

Рис. 14.3. Штабельно-лінійний (штабельно-траншейний) склад заповнювачів з портальною розвантажувально-штабелювальною машиною ТР-2 1 - напіввагон; 2 - портально-розвантажувальна машина; 3 -штабель заповнювачів; 4 - стрічковий конвеєр; 5 - бункер з затвором

114

розвантажувачем ТР-2, який одночасно при розвантаженні заповнювачів штабелює їх подаючи матеріал безпосередньо у відсіки складу. Склад має підштабельну галерею з горизонтальним стрічковим конвеєром і систему протічок з віброживильниками. Заповнювач подається у витратні бункери змішувального відділення по похилій естакаді.

Штабельно-кільцевий склад утворюється при розвантаженні залізничних платформ машиною типу Т-182А в приймальний бункер складу і подальшої подачі заповнювачів похилим транспортером на пересувний радіальний штабелеукладач. Видача заповнювачів із складу здійснюється: • баштовим краном з грейферним ковшем в бункер бетонозмішувального

цеху; • ківшовим авторозвантажувачем в приймальну лійку транспортера; • безпосередньо в підштабельний транспортер.

Ємкість складу залежить від висоти і радіусу складу. Штабельний склад у вигляді круглого конусу утворюється при

відсипанні заповнювачів стаціонарним стрічковим конвеєром. Ємкість складу залежить від висоти штабелю.

Штабельно-естакадні (естакадно-траншейні) склади (рис. 14.4)

Рис. 14.4. Естакадно-траншейний склад запровнювачів: 1 – розвантажувач платформи Т-182А; 2 – похилий стрічковий конвейєр; 3 – надштабельний стрічковий конвейєр; 4 – естакада; 5 – двохрукавна тічка; 6 – підштабельний транспортер; 7 - похилий транспортер в бетонозмішувальному відділенні.

115

мають стаціонарний вантажоприймальний пристрій для гравітаційного розвантажування і обладнані машиною Т-182А для зштовхування матеріалу.

Заповнювач з приймального бункера стрічковим транспортером подається на естакаду з горизонтальним транспортером із скидальним візком. Цим транспортером заповнювач доставляється в будь-який відсік (півбункер) складу. Під усіма відсіками проходить підштабельна галерея із стрічковим транспортером. Ним заповнювач подається на транспортер похилої естакади бетонозмішувального цеху і потім у витратні бункери змішувального відділення.

Перевагою таких складів являється повна механізація всіх завантажувальних і транспортних операцій, що знижує трудомісткість.

Закриті склади. Траншейно-транспортерний склад (рис. 14.5, 14.6). Заповнювач з траншей на транспортер подається грейфером, змонтованому на мостовому крані. Під час завантаження і розвантаження грейфером здійснюється подрібнення матеріалу і порушується гранулометрічний склад, особливо взимку, коли заповнювач поступає в замерзлому стані.

Розморожування і підігрів заповнювачів здійснюється в бункерах підігріву для яких треба великі витрати теплоти.

В складах такого типу використання об'єму всієї будівлі не перебільшує 30..40%.

Траншейно-скреперний склад (рис. 14.7). Заповнювач розміщується в

Рис. 14.5. Закритий траншейно-транспортерний склад, обладнаний мостовим краном.

Рис. 14.6. Закритий траншейно-транспортерний склад з розвантаженням заповнювачів в складі із залізничного транспорту.

116

траншеях глибиною до 3 м. Кількість траншей відповідає кількості фракцій заповнювача. Використання об'єму всієї будівлі не перевищує 30%, і питомі капітальні витрати на 1 м3 заповнювача, що зберігається, достатньо високі.

В складах такого типу здійснюється одноступеневе розморожування з підігрівом в бункерах підігріву, куди матеріал подається скрепером. Процес подачі супроводжується подрібненням матеріалу і порушенням гранулометричного складу, тому склади цього типу не знайшли широкого поширення.

Силосні склади не мають тих недоліків, що властиві траншейним складам. Їх застосовують для зберігання легких пористих заповнювачів, а також звичайних щільних заповнювачів для яких є спеціальні вимоги щодо чистоти. Вони бувають з лінійним (рис. 14.8) і кільцевим розміщенням банок (рис. 14.9 ). Діаметр банок 3,5 м. може бути 5...10 м.

Рис. 14.7. Закритий траншейно-скреперний склад.

Рис.14.8. Силосний склад заповнювачів 1,2 - стрічковий конвеєр; 3 - скидальний візок; 4 - верхній покажчик рівня; 5 - силос; 6 - віброживильник

117

В силосно-кільцевих складах між силосами є шахта для елеватора, спеціальні приміщення для поворотної лійки і передавальних конвеєрів. Такі

Рис. 14.9. Силосно-кільцевий склад заповнювачів: 1 – приймальний бункер; 2 – приміщення пульта управління; 3 – галерея стрічкового конвейєру; 4 – розвантажувач Т-182А; 5 – бурофрезерний розпушувач; 6 – люкопід'йомник; 7 – вібратор на приймальному бункері; 8 – стрічковий конвейєр; 9 – надсилосне відділення; 10 – силоси; 11 – регістри підігріву заповнювачів; 12 – вібратор під днищем силосу; 13 – підсилосне приміщення; 14 – галерея стрічкового конвейєру; 15 – вертикальний елеватор; 16 – стрічковий конвейєр; 17 – ручна таль; 18, 19 – розповсюджувальні конвейєри; 20 – вісь бункеру; 21 – вісь залізничного шляху.

118

склади характеризуються високим ступенем автоматизації всіх розвантажувальних і транспортних операцій, автоматизацією контролю рівня заповнення силосу. Виключається забруднювання заповнювачів. Такі склади являються найбільш економічними, хоч і потребують значних капітельних вкладень.

Закритий естакадно-напівбункерний склад (рис. 14.10). З напіввагонів матеріал розвантажується гравітаційним способом в приймальні бункери, які розташовані нижче рівня залізничної колії, а з платформ – за допомогою. розвантажувальної машини Т-182А. Для розпушування замерзлого матеріалу на складі передбачена бурофрезерна розпушувальна машина. З приймального бункеру заповнювач з допомогою живильника поступає на стрічковий конвейєр горизонтальної естакади вздовж складу, звідки скидається у відповідний відсік напівбункеру.

Рис. 14.10. Закритий естакадно-напівбункерний склад заповнювачів: а – загальний вигляд складу; б – поперечний розріз; 1 –приймальний пристрій з бурофрезерною машиною БРМ-56А та розвантажувальною машиною Т-182А; 2 – перевантажувальна станція прийому заповнювачів; 3 – приймальний бункер для розвантаження автосамоскидів; 4 – склад заповнювачів; 5 –перевантажувальна станція видачи заповнювачів; 6 –бетонозмішувальний цех; 7 – естакада з стрічковим конвейєром і двохбарабаним розвантажувачем; 8 – підштабельний стрічковий конвейєр; 9 – парові регістри для підігріву заповнювачів.

119

Видача заповнювачів зі складу здійснюється через протічкі підштабельної галереї і вібратори-живильники на горізонтальний конвейєр підштабельної галереї, а далі з допомогою похилого конвейєру в бетонозмішувальний цех.

Автоматизація складів заповнювачів. Доцільність застосування автоматизації і її рівень у складах заповнювачів залежать від технологічної схеми, вантажообігу складу, числа і типів транспортних механізмів, а також від їхнього взаємного розташування.

Часткова автоматизація експлуатації складів полягає в централізованому управлінні електродвигунами з пульта оператора, блокуванні електродвигунів і сигналізації. Звичайно створюють два пульти управління: один знаходиться в помешканні прийомного пристрою для управління надходженням матеріалу на склад, а другий - у надбункерному відділенні бетонозмішувального цеху для видачі заповнювачів із складу і подачі їх у видаткові бункера бетонозмішувального відділення. Одним з елементів автоматизації роботи складів є автоматичне управління транспортними механізмами, що подають заповнювачі в бункера, силоси і т.д.

Для сигналізації про рівень заповнювачів у штабелях, бункерах і силосах і про наявність матеріалу на стрічці конвеєрів застосовують сигналізатори і покажчики рівня різних конструкцій. Одним із таких приладів є покажчик рівня С-607А. Під впливом сипучого матеріалу, що заповнює бункер, гнучкий щуп приладу відхиляється і замикає сигнальну лампу на пульті управління або ж автоматично включає або виключає відповідний механізм.

На складах заповнювачів, побудованих в останні роки по типових проектах, передбачений більш високий рівень комплексної механізації й автоматизації. Крім дистанційного управління запуском і зупинкою машин безупинної дії і блокування електродвигунів, передбачається автоматичний контроль за вузлами навантаження і перевантаження, продуктивністю, положенням і станом стрічки конвеєру. Забезпечується також автоматичне розвантаження матеріалів у заданому місці складу, автоматичний режим роботи аспірації, знепилювання й облік роботи механізмів.

Комплексна автоматизація складів заповнювачів, крім того, передбачає дистанційне управління затворами, віброживильниками й іншими пристроями для подачі заповнювачів на підштабельні конвеєри, а також їхнє блокування з реле заповнення стрічки конвеєра. Для забезпечення оптимального режиму роботи бетонозмішувального цеху за допомогою засобів автоматики можна підтримувати вагову кількість потоку на транспортних пристроях і його зміну.

У тому випадку, коли на складі заповнювачів передбачене підігрівання матеріалів в обертовому сушильному барабані, контроль і регулювання температурного режиму в ньому варто здійснювати за

120

допомогою спеціальних приладів, включених у схему автоматичного управління.

Технологічний розрахунок складів заповнювачів. Відповідно до норм проектування складів заповнювачів запас на складах повинен складати 5…10 діб. Максимальна висота штабелів при вільному падінні матеріалів 12 м, для дрібного заповнювача 15 м.

Максимальний кут нахилу стрічкових конвеєрів для подачі піску і щебеню складає 18°, для гравію 13…15°.

Найменша кількість відсіків для зберігання піску 2 шт., для крупного заповнювача 4 шт. Розрахункова місткість складу:

nQV д= (14.1) де Qд - добова витрата матеріалу, м3; n - нормативний запас (залежить від виду транспорту і відстані перевезення заповнювачів), дні.

Довжина фронту подавання залізничного потягу для розвантаження )lml(5,1L лвn += , (14.2)

де m - число вагонів, вl - довжина вагона, лl - довжина локомобіля, м Довжина складських колій:

для пересувних розвантажувачів

лnск llL += (14.3) для стаціонарної розвантажувальної машини

лnск ll2L += (14.4) Основними техніко-економічними показниками складів є місткість,

річний вантажообіг, енергоємність, трудомісткість і собівартість зберігання 1 м3 заповнювачів.

13. ВІДДІЛЕННЯ ДЛЯ ПРИГОТУВАННЯ РОЗЧИНІВ

ХІМІЧНИХ ДОБАВОК Приготування і дозування хімічних добавок здійснюється на

спеціальних технологічних лініях і пристроях, які безпосередньо примикають або входять до складу бетонозмішувального відділення.

Добавки доставляють на завод у рідкому (концентровані розчини 20-30% у цистернах) або у твердому (порошкоподібні в мішках або бочках) стані і зберігають у закритих складах.

При розробці технологічної схеми складу хімічних добавок необхідно врахувати, що рідкі добавки доставляють у залізничних цистернах і розвантажують самопливом у стаціонарний зливний резервуар. З цистерн з нижнім зливом рідку добавку при позитивній температурі зовнішнього повітря розвантажують за допомогою установки для зливу нафтопродуктів АСН-86. З цистерни з верхнім зливом розвантаження ведуть за допомогою зливного стояку, який з’єднаний з насосом. При від’ємній температурі

121

повітря в завантажувальний люк цистерни за допомогою крану опускають паропідігрівач та нагрівають рідку добавку до температури 100С.

Із зливного резервуара рідкі добавки подають у резервуар для зберігання. Концентрований розчин добавки з резервуару для зберігання насосом подають у бак місткістю 6...20 м3 для приготування робочого розчину, де досягається потрібна концентрація розчину добавки з використанням спеціальної лопатевої мішалки. Приготований розчин добавки насосом закачують у витратні баки місткістю 2...5 м3, обладнані верхнім і нижнім покажчиками рівня і щільноміром.

Порошкоподібні добавки з мішків та бочок пересипають у бадді, зважують і подають у бак для приготування, де порошок змішують з водою і розбавляють до 10...15% концентрації. У баці встановленої лопатеву мішалку, глухі регістри для підігрівання рідини до 800С, трубопроводи стиснутого повітря для барботажу, покажчики верхнього і нижнього рівнів і щільномір.

Нормативний запас хімічних добавок при постачанні їх в цистернах, контейнерах і автотранспортом складає 15…20 робочих діб.

Відділення приготування водяних розчинів добавок працює в одну зміну, забезпечуючи добову потребу заводу в розчинах добавок.

Продуктивність бетонозмішувального відділення на 1 добу роботи заводу (Qд) визначають по формулі:

річд Т

KQQ ⋅= (15.1)

де Q- річна продуктивність підприємства, м3; К - коефіцієнт на нерівномірність видачі товарної бетонної суміші (К=0,8); Тріч- кількість робочих днів у році.

Витрату розчину добавки підвищеної концентрації на 1 м3 бетону визначають за формулою:

р1 ρКСЦА

⋅⋅

= (15.2)

де Ц - витрата цементу, кг/м3; С - доза добавки, % маси цементу; К1 - концентрація приготовленого розчину, %; (рр - густина приготовленого розчину, гр/см3.

Додаткову кількість води для замішування 1 м3 бетону, Н, л, визначають за формулою:

)100К1(ρАВН 1

р −⋅−= (15.3)

де В - витрата води на 1 м3 бетону, л. У випадку приготування бетону з однаковим складом на протязі не

менше однієї зміни доцільно заздалегідь готувати водні розчини добавок

122

робочої концентрації, якщо наявні виробничі площі дозволяють розміщати ємкості для їхнього зберігання.

Концентрацію таких розчинів установлюють при підборі складів бетону, а їх витрату А′ , л., на 1 м3 бетону визначають за формулою:

Рис. 15.1. Принципова схема складу хімічних добавок: І - трубопровід подачі рідкої хімічної добавки; ІІ - трубопровід промивання; ІІІ - водопровід; ІV - клапан (вентиль); V - злив грязьових нерозчинних залишків; VІ- фільтр; VІІ - насос: 1 - резервуар для зливу рідкої добавки з цистерни; 2 - залізнична цистерна; 3 - кран-балка з ручною лебідкою; 4 - переносний паропідігрівач; 5 - резервуар для зберігання місткістю 50 м3; 6 - бак для приготування робочого розчину місткістю 6 м3; 7 - бетонозмішувач; 8 - ваговий дозатор добавки; 9 - дозатор води АВДЖ-425/1200 л; 10 - витратний бак; 11 - підвісний кран вантажопідйомністю 1 т; 12 - таль електрична; 13 - самохідний візок; 14 -підготовчий бак для розчинення порошкоподібного матеріалу місткістю 6 м3; 15 - бак для приготування комплексної хімічної добавки місткістю 10 м3

123

рρ100СЦВ100А

⋅⋅+⋅

=′ . (15.4)

Додавання води в бетонну суміш у даному випадку не потрібно. Об'єми ємкостей для зберігання добавок визначають з розрахунку

потреби в бетонній суміші з добавкою на зміну, з врахуванням об'єму транспортних засобів, в яких поставляється добавка й існуючих нормативів запасу матеріалів. Одночасно на складі може зберігатися 3-4 видів добавок. Для одного виду рідкої добавки призначається не менше двох ємкостей. Запас добавок визначають у залежності від потреб підприємства, способу постачання і гарантійного терміну їх збереження.

Для використання добавок розроблено кілька типів вузлів прийому, зберігання, переробки і дозування їх. На рис. 15.1 наведений приклад технологічної схеми установки для введення хімічних добавок, розроблена ВНІІЗалізобетоном.

Вузол дозволяє застосовувати як рідкі, так і сипучі добавки, які розчиняють і доводять до необхідної концентрації і дозують в бетонозмішувач. При необхідності можливі підігрів і пневматичний барботаж добавок.

14. БЕТОНОЗМІШУВАЛЬНИЙ ЦЕХ

14.1. ПРИГОТУВАННЯ БЕТОННОЇ СУМІШІ Загальні відомості. Бетонну суміш готують у бетонозмішувальному

відділенні. Склади бетонних сумішей повинні підбиратися підприємством-виготовлювачем, щоб забезпечити одержання сумішей і бетонів із заданими властивостями. Підбирання, призначення і коригування складів сумішей слід робити перед початком виробництва виробів, при зміні проектних характеристик бетону або розчину, виду чи постачальника вихідних матеріалів та параметрів технологічного процесу, а також за даними операційного контролю виробництва.

Легкоукладальність бетонної суміші та максимальна величина заповнювача призначається залежно від розмірів виробу, густоти його армування, способу укладання і ущільнення суміші.

Основними операціями технології приготування та транспортування бетонних і розчинних сумішей є:

• підготування матеріалів (в'яжучих, заповнювачів, води та добавок); • дозування матеріалів; • перемішування матеріалів (приготування сумішей); • видавання і транспортування готових сумішей.

Паралельно може проводитись активація в'яжучого і обробка води. Приймання матеріалів. Подачу матеріалів із складів у

бетонозмішувальні цехи і розподілення їх по витратних бункерах, як правило

124

проводять в надбункерному поверсі за допомогою стрічкових транспортерів, вертикальних ківшових елеваторів, поворотних лійок для заповнювачів і коротких шнеків для цементу. В надбункерному поверсі однієї секції бетонозмішувального цеху розміщують 2…4 відсіки для щебеню або гравію, 1…2 для піску і 1…2 для цементу. Кількість відсіків і витратних бункерів в бетонозмішувальному цеху приймають в залежності від його потужності і призначення. Запас матеріалів у витратних бункерах приймають для заповнювачів на 1…2 години, цементу - на 2…3 години, робочого розчину добавки на 3…4 години роботи бетонозмішувачів.

Залежно від температури навколишнього середовища, особливостей технології приготування і укладання сумішей можливе підігрівання вихідних матеріалів. Допустима температура вихідних матеріалів під час завантаження у змішувачі повинна бути:

• заповнювачів щільних - у межах 5…400С; • заповнювачів пористих, води і розчинів добавок у межах 5…700С; • цементу - у межах 5…350С.

Для застосування хімічних добавок при приготуванні бетонної суміші, бетонозмішувальні цехи оснащують робочими, проміжними і витратними баками для хімічних добавок, а також фільтрами і насосами.

Дозування матеріалів. Дозування полягає у відмірюванні кількості матеріалів для завантаження у бетонозмішувач. Дозування матеріалів може здійснюватись за масою і об'ємом. Дозатори, що застосовуються для дозування в'яжучих, заповнювачів (пофракційно), добавок та води, повинні відповідати вимогам ГОСТ 10223 та проходити Держвивір не рідше, ніж 1 раз на квартал. Всі матеріали за винятком води і рідких добавок дозують по масі, а воду по масі і об'єму. Цемент, воду і добавки дозують з точністю до 2%, заповнювачі - з точністю 2,5%. На точність дозування впливає вологість заповнювачів. Дозатори бувають циклічної і безперервної дії з ручним, напівавтоматичним і автоматичним управлінням. Для забезпечення точності дозування необхідно перед початком роботи кожної зміни перевіряти справність дозаторів, повноту випорожнення дозаторів та наявність на них пломб Держвивіру.

На сучасних бетонозмішувальних установках циклічного типу дозування здійснюється групою паралельно діючих дозаторів для кожного компонента бетонної суміші. Промисловість випускає три серії циклічних дозаторів: ВДБ, АВД і ДБ. Кожна серія призначена для різних за об'ємом замісу бетонозмішувачів і має відповідні індекси, що вказують який матеріал дозується і границі зважування. Наприклад ВДБ - 250 (індекси ДЦ 100, ДЖ-100, ДИ-500):

• Ваговий дозатор з об'ємом готового замісу 250 л. • Границі зважування цементу (ДЦ) 100 кг, води (ДЖ) 100 кг і

заповнювачів (ДИ) 500 кг.

125

• А- автоматичний, Б - бетон, В - ваговий, Д - дозатор, Ж - рідина, И - інертні, М - модернізований, П - пісок, Ц - цемент, Щ - щебінь, 2 - двохфракційний.

Для бетонозмішувачів об’ємом готового замісу 330...2000 л випускають дозатори серії АВД 2400 (індекси АВДЦ, АВДЖ, АВДИ) і серії ДБ-500, ДБ-1000, ДБ-2000 (індекси АД).

Тривалість циклу дозування залежить від типу дозаторів і може складати від 30 до 90 с.

Дозування пористих заповнювачів здійснюється за допомогою об'ємно-вагових дозаторів серії АД (АД-800-2БК і АД-1600-2БК з границями зважування 800 і 1600 кг).

На бетонозмішувальних установках безперервної дії дозування здійснюють спеціальними дозаторами безперервної дії СБ-26А і СБ-71А.

Для дозування хімічних добавок застосовують вагові або об'ємні дозатори. Вагові дозатори передбачаються двох модифікацій розрахованих на найбільшу дозу добавки 15 і 30 кг відповідно для змішувачів з об'ємом готового замісу 330...500 і 800... 1000 л.

Для дозування хімічних добавок краще застосовувати об'ємні дозатори серії ДОП-5, ДОП-25, ДОП-45 (об'єм дозування до 6, 25 і 45 л).

Змішування матеріалів. Змішування віддозованих компонентів бетонної суміші здійснюється у бетонозмішувачах для того, щоб бетонна суміш була однорідною. Крім однорідності суміш повинна бути такою, щоб мала здатність формуватись без розривів і розшарування. Ці властивості суміші забезпечуються правильним підбором складу бетону, необхідною точністю дозування складових матеріалів і якісним їх перемішуванням в бетонозмішувачі. Тривалість змішування вихідних матеріалів для одержання сумішей потрібних рухливості, жорсткості і якості повинна установлюватися дослідним шляхом лабораторією підприємства.

Для змішування компонентів бетонної суміші в основному використовують гравітаційні бетонозмішувачі (із вільним падінням матеріалів) і бетонозмішувачі примусової дії (із примусовим змішуванням матеріалів).

По режиму роботи бетонозмішувачі бувають циклічної і безперервної дії.

Гравітаційні бетонозмішувачі в основному застосовують для приготування рухливих бетонних сумішей на щільних заповнювачах. Бетонозмішувачі примусової дії використовують для малорухливих, дрібнозернистих, та легкобетонних сумішей на пористих заповнювачах.

В залежності від конструкції змішуючого барабана гравітаційні циклічні бетонозмішувачі можна розділити на три групи:

1. з перекидним змішувальним барабаном грушовидної форми; 2. з перекидним двоконусним барабаном; 3. з перекидним реверсним барабаном грушовидної форми.

126

Переваги гравітаційних бетонозмішувачів порівняно із змішувачами примусової дії наступні:

• простота конструкції; • низька собівартість приготування бетонної суміші; • незначне спрацювання робочих органів; • невисока метало- та енергомісткість; • простота в обслуговуванні і експлуатації.

Бетонозмішувачі примусової дії промисловість випускає двох видів:

1. з вертикально розміщеними змішувальними валами і циліндричним чашоподібним корпусом (роторні, планетарно-роторні, турбулентні);

2. з горизонтально розміщеними валами і коритоподібним корпусом.

Головні переваги цих змішувачів висока продуктивність, запобігання грудкуванню суміші. Недоліки - обмеження крупності заповнювачів, значне зношування лопастей і футеровки корпусу, більша енергоємність і собівартість виготовлення суміші.

На якість перемішування великий вплив має тривалість перемішування (час з моменту завантаження всіх компонентів до початку вивантаження). Тривалість перемішування залежить від місткості барабана, частоти обертання лопастей або барабана, від якості в'яжучого і заповнювача, а також від рухливості суміші. Недостатня тривалість перемішування погіршує однорідність бетону і знижує його міцність

Поряд з традиційними способами перемішування застосовують нові способи перемішування (наприклад поєднання вібрування і обертання).

Віброперемішування - ефективний спосіб приготування жорстких і особливо жорстких бетонних сумішей.

Струминеве перемішування застосовується для перемішування компонентів дрібнозернистих бетонів або розчинів струменями стисненого повітря які виходять з великою швидкістю з патрубків з соплами насаджених радіально на порожнисті вали (тиск повітря 0,4…0,5 МПа).

Для приготування бетонної суміші підвищеної однорідності застосовують безлопатеві змішувачі з гнучким корпусом з високоміцної гуми. До переваг таких змішувачів можна навести: малу тривалість змішування (15...30 с), знижений рівень шуму, великий термін служби, простіші порівняно із традиційними догляд і очищення корпусу.

Досить цікавий змішувач тарілчастого типу з нерухомим корпусом, розроблений у Франції. У центрі і всередині корпусу встановлено ротор, який обертається, з лопастями у вигляді безперервної гвинтової лінії. Ротор обертається від двигуна через клинопасову передачу. При його обертанні суміш, що лежить ближче до нього, переміщується вгору і піднімаючись до верхнього крайнього положення під дією сили тяжіння опускається вниз у периферійну частину дна корпусу. Завантаження змішувача вихідними

127

компонентами здійснюється зверху, вивантаження - крізь розвантажувальний отвір у дні корпусу Застосування подібних змішувачів дає змогу поліпшити якість суміші головним чином за рахунок усунення негативних явищ, пов'язаних з дією відцентрових сил, що сприяють розшаруванню суміші.

Цікаву ідею постадійного змішування запропоновано у ФРН. За технологією фірми "Еріх" у протитечійний змішувач примусової дії спочатку завантажують воду, цемент і пісок, змішують їх високошвидкісними турбулентами, а потім у чашу завантажують крупний заповнювач і змішування продовжують вже з малою швидкістю.

У бетонозмішувачах фірми "Циклос Металлбау" передбачено три стадії змішування - попередньо змішують цемент з водою, додають пісок, а потім крупний заповнювач.

Фірма "Тека" випускає змішувачі, що передбачають попереднє змішування цементу з водою поза корпусом бетонозмішувача - всередині встановленого над ним спеціального дозатора.

За даними зазначених фірм, ступінчаста технологія сприяє підвищенню міцності бетону на 18% порівняно з бетоном звичайної технології змішування у віці 28 діб, а також прискоренню процесу тверднення бетону в початкові строки. На думку професора Ю.Г. Хаютіна, така технологія може бути ефективною тільки при використанні відносно сухих заповнювачів, оскільки активація цементного тіста з низьким значенням В/Ц неефективна

В Японії розроблено двокамерні бетонозмішувачі. Фірма "Песіфік глешікері енд інженірінг" виготовила партію таких машин з об'ємом замісу в кожній камері 3,0...3,8 м3. Камери розміщені одна над одною. У верхній готують цементний розчин, а в нижній його змішують з крупним заповнювачем і з додатковою частиною води замішування. Тривалість змішування у верхній камері 30…35 с, а в нижній - 25...30 с. Цикл приготування суміші з урахуванням вивантаження становить 110 с, продуктивність змішувача 200…240 м3/год. Фірма гарантує високу однорідність бетону і можливість зниження витрати цементу на 4…5%.

У нашій країні розроблена так звана інтенсивна роздільна технологія (ІРТ) приготування бетонної суміші під керівництвом В.І. Соломатова. При цьому на першій стадії в швидкісних змішувачах-активаторах на протязі 50...60 с готують цементно-піщану суміш з водою, використовуючи хімічні добавки і тонкомелені мінеральні порошки (доза піску становить тільки 25...75% від його витрати на одне замішування). На другій стадії приготовану таким чином суміш подають в основний (звичайний) бетонозмішувач, де її змішують зі щебенем і з частиною дози піску, що залишилась. Тривалість змішування 60...80с.

Режим роботи бетонозмішувачів усіх типів істотно впливає на якість і однорідність приготовлюваної суміші. Всі стадії роботи змішувачів - завантаження, змішування і розвантаження повинні виконуватися відповідно до вимог технічних нормативів і регламентів.

128

Нормативні документи регламентують порядок (послідовність) завантаження в бетонозмішувач вихідних матеріалів:

• для важких сумішей усі компоненти слід завантажувати одночасно; • для легких сумішей з рідкими хімічними добавками одночасно з

цементом і заповнювачами вводять 50...70% води, переміщують протягом 30 с, а потім додають робочий розчин добавки одночасно з рештою води (таким чином виключається втрата частини добавки через поглинання рідини заповнювачем).

У зимовий період спочатку подають заповнювачі, потім гарячу воду з температурою не вище ніж 70°С і цемент.

Як основні агрегати для приготування сумішей усіх видів стандартом прийнято стаціонарні змішувачі примусової дії. Гравітаційні змішувачі допускаються для приготування рухливих сумішей усіх марок для важких бетонів, а також для легких бетонів класу не нижче В12,5 із середньою густиною 1600 кг/м3 і вище. Для приготування сухих сумішей слід застосовувати тільки змішувачі примусової дії.

Одержана після правильного перемішування бетонна або розчинна суміш має задані легкоукладальність (рухливість чи жорсткість), середню густину, температуру та водоутримуючу здатність (для розчинної суміші). Розшаровуваність бетонних сумішей не перевищує 5% на щільних заповнювачах та 10% - на пористих заповнювачах; розчинних сумішей - 10%.

З урахуванням температури навколишнього середовища та особливостей подальшого використання температура на виході із змішувача повинна бути:

• звичайних сумішей - найбільша 308К (350С); • розігрітих сумішей - найбільша 333К (600С); • для укладання сумішей у холодний період року у закритих цехах -

найменша 278К (50С); • для укладання сумішей у холодний період року на відкритих полігонах -

найменша 303К (300С).

14.2. КОМПОНОВКА І ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК Бетонозмішувальні цехи застосовуються для приготування бетонної

суміші. Для цього компоненти завантажують у витратні бункери, дозують, перемішують і видають готову суміш на транспортні засоби.

Компоновка бетонозмішувальних цехів. Залежно від типу вертикальної компоновки відділень розрізняють бетонозмішувальні установки з одноступінчастою (вертикальною) схемою і з двохступінчастою (партерною) схемою, коли здійснюється дворазове піднімання (рис. 16.1) .

129

Залежно від способу розміщення бетонозмішувачів у плані розрізняють цехи з лінійним (одно чи дворядним) і з гніздовим розміщенням їх у змішувальному відділенні. Для заводів ЗБК кращим є лінійне розміщення, оскільки можна одночасно готувати різні бетонні суміші.

Існують багатозмішувальні цехи циклічної дії (періодично повторюється дозування, завантаження, перемішування і вивантаження суміші) і безперервної дії (усі операції процесу виконуються одночасно і безперервно).

Залежно від продуктивності бетонозмішувальні цехи ділять на цехи малої продуктивності до 50 тис. м3 в рік, середньої - до 100 тис м3 в рік і великої продуктивності до 150…250 тис. м3 в рік. Залежно від продуктивності підприємства бетонозмішувальні цехи комплектують з однією або кількох секцій, які збираються з типових елементів. Найбільш поширені на заводах збірного залізобетону бетонозмішувальні цехи з одноступеневим (вертикальним) компонуванням технологічного устаткування, які мають невеликі розміри у плані. Ця схема передбачає

Рис. 14.1. Схеми вертикального планування бетонозмішувальних цехів: а – одноступінчаста; б – двоступінчаста; 1 – стрічковий конвейєр; 2 – бункер; 3 – протічка; 4 – дозатор; 5 – збірна лійка; 6 – змішувач; 7 – перевантажувальний бункер; 8 –візок для транспортування бетонної суміші; 9 – скіповий підйомник.

130

піднімання компонентів на висоту 25…30 м., далі їх переміщення вниз із агрегату в агрегат відбувається під дією сил тяжіння. (рис. 16.2 , 16.3).

Рис. 14.2. Автоматизований бетонозмішувальний цех продуктивністю 120 м3/год важких бетонних сумішей із змішувачами місткістю 1500 л

131

Рис. 14.3. Автоматизований бетонозмішувальний цех продуктивністю 60 м3/год важких бетонних сумішей із змішувачами місткістю 1500 л

132

У надбункерному відділенні розміщені завантажувальні люки

бункерів і оголовки стрічкового конвеєра або елеватора з поворотною лійкою, а також пульт управління подачею матеріалів. Якщо подача цементу відбувається пневматичним транспортом, тут розміщують ще циклони і фільтри очищення повітря.

У бункерному відділенні розміщені видаткові бункери, які мають 6…8 відсіків, бочки для води і хімічних добавок. Видаткові бункери виготовляються з металу і обладнуються вібраторами для усунення зависання матеріалу на стінках, пристроями для аерації цементу, паровими ґратами і покажчиками рівнів заповнення відсіків.

У дозаторному відділенні встановлюють дозатори сипучих матеріалів і води, які використовують також для дозування хімічних добавок.

Змішувальне відділення розміщують під дозаторним. Змішувачі завантажують відміреними порціями сухих компонентів, води, а при необхідності і хімічної добавки.

Після перемішування бетонна суміш подається у відділення видачі готової суміші, де встановлені видаткові бункери, обладнані затворами, які відкриваються пневмоциліндрами. Із видаткових бункерів бетонну суміш вивантажують у транспортні засоби. Для запобігання розшаруванню сумішей максимально допустима висота їх вільного падіння під час видавання на транспортні засоби не повинна перевищувати для важких сумішей 2 м, для легких - 1,5 м.

При виборі засобів доставки бетонної суміші до місця її укладання слід враховувати реологічні характеристики, температуру навколишнього середовища, дальність подачі і т.п. Транспортні засоби суміші повинні виключати їх втрати.

Транспортування бетонної або розчинної суміші від змішувача до місця їх використання здійснюють підвісними та самохідними роздавальними бункерами, стрічковими конвеєрами, бетононасосами та іншими транспортними засобами, які забезпечують збереження їх властивостей та захист від атмосферних впливів, а також виключають розшарування і втрати. У випадку використання швидкотужавіючих або розігрітих сумішей застосовують локальні змішувальні установки.

Подана до місця укладання бетонна чи розчинна суміш повинна мати:

• потрібну легкоукладальність з відхиленнями рухливості не більше 30% та жорсткості не більше 20%;

• температуру в межах 5…350С, якщо прийнятою технологією не передбачена більш висока температура;

• потрібний обсяг втягнутого повітря (пористість) з відхиленнями не більше ±10% від заданого (для сумішей з повітрявтягуючими добавками);

133

• середню густину в ущільненому стані, яка не перевищує потрібну більше, ніж на 5% (для легких бетонів);

• водоутримуючу здатність розчинної суміші не менше 75% водоутримуючої здатності, яка установлена в лабораторії.

Технологічний розрахунок бетонозмішувачів. При заданій продуктивності бетонозмішувального цеху необхідна годинна продуктивність змішувачів, м3/год. визначається за формулою Ргод=QК1К2/(ФпТ), (16.1) де Q – задана річна продуктивність цеху, м3,Фп – планове число робочих діб на рік, Т- число робочих годин на добу, К1=1,4 - коефіцієнт годинної нерівномірності споживання суміші; К2=1,2 – коефіцієнт запасу потужності.

Тривалість одного циклу роботи змішувача: tп=tз+tзм+tв, (16.2) де tз, tзм, tв – тривалість операцій відповідно завантаження, змішування і вивантаження готової суміші, хв.

Число замісів бетонозмішувача за годину: nз=60/tц. (16.3)

Основний технологічний параметр змішувального відділення – необхідна для забезпечення заданої продуктивності цеху сумарна місткість, м3, барабанів усіх встановлених змішувачів Vнб=Pгодtn/(60β), або Vнб=Pгод/(n2). (16.4)

За цією величиною підбирають типи і конструкції змішувачів, що випускаються серійно, з урахуванням властивостей і особливостей приговлюваних сумішей. Змішувачів повинно бути не менше двох.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 1. Баженов Ю.М. Технология бетона. М.:Высшая школа, 1987. 2. Волянський О.А. Технологія бетонних і залізобетонних конструкцій. К.:

Вища школа, 1994. 3. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л., Гарніцький Ю.В. Основні задачі

комп'ютерного бетонознавства. Рівне, РДТУ, 1999. 4. Дворкін Л.Й., Дворкін О.Л., Гарніцький Ю.В. Проектування складів

бетону із заданими властивостями. Рівне, РДТУ, 2000 р. 5. Каліщук О.Л. Технологія бетону. К.: Вища школа, 1969. 6. Design and Control of Concrete Mixtures. Canadian Portland Cement

Association. Ottava, Ontario.