Бетоны. Железобетон. Бетоны и растворы. Определение и классификация

Бетоны. Железобетон 1Бетоны и растворы. Определение и классификация Бетон – искусственный камневидный материал, представляющий затвердевшую бетонную смесь. Различают три стадии готовности бетона: бетонная смесь, свежеуложенный бетон, затвердевший бетон. ГОСТ 25192-2012 Бетоны и растворы – это искусственный камневидный материал, образующийся при твердении бетонных или растворных смесей, состоящих из вяжущего, заполнителя и воды. Бетонная смесь состоит из крупного и мелкого заполнителя. Классификация: Бетоны I. По средней (D) • Особотяжелые ρm>2500 кг/м3 (заполнители – стальные стружки), применяют для радиационной защиты • Тяжелые ρm от 2000 до 2500 кг/м3 (заполнители – плотные горные породы) • Легкие ρm от 800 до 2000 кг/м3 (заполнители – пористые или вспененные материалы • Особолегкие (ячеистые) – их поризуют. ρm < 800кг/м3 II. По виду вяжущего Цементные, гипсовые, силикатные, на основе извести и песка, требующие автоклавной обработки, асфальтовые, натуральные и искусственные, битумные, полимерные, шлаковые, специальные. III. По максимальной крупности зерен заполнителя dmax>10мм – крупнозернистые dmax<10мм – мелкозернистые IV. По прочности – определяется маркой – это предел прочности при сжатии образцов – кубов размером 150×150×150 мм V. По морозостойкости – определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде, которое выдерживают образцы. VI. По виду заполнителей – плотные, пористые и специальные. VII. По назначению: - обычные (колонны, балки, плиты); - гидротехнические (платины и т.п.); - для стен зданий и перекрытий; - для полов и дорожных покрытий; - бетоны специального назначения (жаростойкие, декоративные, радиационные и другие VIII. По условиям твердения : в естественных; тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения при температуре 175…2000С и давлении пара 0,9…1,6 Мпа). IX. По структуре: плотная «плавающая», плотная «контактная», крупнопористая и ячеистая. Растворы 1. По средней плотности: - тяжёлые или холодные ρm>1500 кг/м3; - лёгкие или тёплые ρm <1500 кг/м3 2. По виду вяжущего: цементные; гипсовые; известковые; асфальтовые;; смешанные; глиняные. 3. По назначению: кладочные; отделочные; рентгенозащитные; акустические; специальные. Сырьевые материалы для производства бетонов и растворов. 1. Вяжущие – различные виды цемента 2. Вода – водопроводная или природная, не содержащая вредных примесей, затрудняющих схватывание и твердение бетона. 3. Заполнители: - мелкий песок от 0,16 до 5 мм; крупный от 5 до 70мм; по форме зёрен: окатанная; остроугольная; пластинчатая (и шлаковая); по происхождению: естественные и искусственные. Требования ГОСТа к сырьевым материалам Песок – должен иметь определенный зерновой состав. Зерновой состав – процентное соотношение зерен разной крупности. Он должен быть определенным, устанавливают методом просеивания через набор сит. 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.16 Остаток на каждом сите называется частным остатком. Полный остаток на определенном сите – это сумма частных остатков более крупных частиц. Зерновой состав оценивается следующим образом: • по модулю крупности зерен () – сумма полных остатков в % на ситах стандартного набора, деленное на 100. • По кривой просеивания. График зернового состава песка Зерновой состав песка Группа песка Полный остаток на сите с размером отверстий 0,63 мм, % по массе Модуль крупности Mk Повышенной крупности Более 65 до 75 Более 3.0 до 3.5 Крупный Более 45 до 65 Более 2,5 до 3,0 Средний Более 30 до 50 Более 2,0 до 2,5 Мелкий Более 10 до 30 Более 1,5 до 2,0 Очень мелкий До 10 Более 1,0 до 1,5 • По допустимым остаткам на сите – слишком мелкий/слишком крупный приводит к перерасходу цемента. Наличие примесей – это глинистые, илистые и пылевидные. Все они снижают прочность цементного камня. **Глина – уменьшает сцепление с цементным камнем **Илистые – могут образовывать растворимые соединения в цементном камне, что приводит к коррозии выщелачиванием. **Пылевидные – увеличивают водопотребность и цементный камень становится пористым. Суммарное количество этих примесей в естественном песке должно быть не более 3%, а в дробленом не более 5%. Крупный заполнитель – размер от 5 до 70 мм. Классификация – см. выше. Округлая фракция – гравий Остроугольная – щебень. По крупности фракции делятся: 5-10; 10-20; 20-40; 40-70 мм. Максимальная крупность зерен зависит от толщины и расстояния между арматурой. Ограничивается количество зерен пластинчатой и кольчатой формы. Для высокомарочных бетонов гравий не применяют. По примесям к крупному заполнителю предъявляются те же требования, что и к песку. Так же к крупному заполнителю применяют требования по морозостойкости и прочности. Прочность определяется – по прочности материнской породы (выпиливают отдельный кусочек и испытывают на прочность), а также по дроблению (раздавливанию) в стальном цилиндре с поршнем. Марки по прочности: 1400; 1200; 1000; 800; 400; 300. Основные свойства бетонов и растворов • Средняя плотность от 300до 2500 кг/м3 влияет на свойства к различным условиям эксплуатации • Пористость от 10% до 85% • Морозостойкость от 15 циклов и выше • Водонепроницаемость – делят на марки W2; W4; W6; W8; W10; W12, причем марка обозначает давление воды соответственно: 0,2; 0.4; 0.6; 0.8; 1.0; 1.2 МПа, при котором цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания. • Теплопроводность – 1,5-0,15 Вт/м°С. • Теплоёмкость тяжелого бетона – 0,75-0,92 Вт/м°С • Линейный коэффициент термического расширения 10*10-6 °С, => при увеличении температуры на 50°С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой протяженности, их разрезают температурно-усадочными швами. • Прочность оценивается маркой и классом. Прочность бетона зависит от свойств составляющих его компонентов, его состава, условий приготовления, эксплуатации. В отличие от марки класс гарантирует не только прочность, но и однородность материала. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95 (Это значит, что установленная классом прочность обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100). Для бетонов установлены следующие классы: В1(М15); В1,5(М25); В2,5(М35) и т.д В60(М800). Класс бетона задан в МПа, а марка в кгс/см2. Классом бетона пользуются при проектировании и расчете конструкций, его указывают в проекте. Марку бетона используют при расчете состава и изготовлении бетона. Для определения средней прочности бетона испытывают образцы-кубы. На поправочные коэффициенты 0,95; 1,05; 1,1. Размер ребра куба должен быть в 3 раза больше наибольшей крупности зерен заполнителя. При бетонировании ряда конструкций (для дорожного и аэродромного строительства) важно знать прочность на растяжение при изгибе. Для этого испытывают образцы-балки размером 150х150х60 и 150х150х1200. • Усадка и расширение – усадкой бетона называют уменьшение его объема в процессе твердения. Усадка цементного камня равна 3-5 мм/м у бетонных в связи с введением заполнителей значительно меньше 0,2-0,4 мм/м. • Коррозионная стойкость – вызывается главным образом разрушение цементного камня, сопровождается снижением прочности и водонепроницаемости. • Огнестойкость • Радиационная стойкость Факторы, влияющие на прочность бетона Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона 1) Прочность или активность цемента Rц (Марка вяжущего) (Марка бетона возрастает при возрастании марки вяжущего) 2) От вида и качества заполнения (прочность бетона на щебне всегда выше, чем на гравии) 3) На прочность бетона влияет зерновой состав, примеси, прочность заполнителя 4) Соотношение воды и вяжущего (Чем меньше воды, тем больше прочность). Существует определенное отношение воды и вяжущего, при котором теоретически бетон имеет прочность (для цемента 0,4). 5) От качества уплотнения – хорошо уплотненная бетонная смесь при благоприятных условиях непрерывно набирает прочность в течение нескольких лет. Формулы прочности Часть вышеперечисленных факторов приблизительно учитывается по формуле швейцарца и И.Боламея и Б.Г. Скрамтаева. Для обычных бетонов с цементно-водным отношением ≤ 2.5 и водно-цементным отношением ≥ 4,0 формула имеет вид . Для высокопрочных бетонов класса В40….В60 в/ц <4,0, формула имеет вид , где Rб – прочность бетона при сжатии в возрасте 28 суток в МПа. Rц – активность цемента (марка) в МПа. A, A1 – коэффициенты, учитывающие свойства и качества применяемых материалов, Ц – расход цемента, в – расход воды Коэффициенты качества материалов Характеристика заполнителя и вяжущего Значение коэффициента А Высококачественные 0,65 Рядовые 0,60 Пониженного качества 0,55 Нормальными условиями твердения бетона считается влажность 95±5% и температура 20°С±2 . Успешно идет при пропаривании изделия, т.е. в атмосфере насыщенного пара при температуре 80°С. 70% марочной прочности достигается за 10 часов. Для ускорения твердения добавляют хлорид кальция и хлорид натрия. Для того, чтобы испарение не шло очень быстро бетон засыпают мокрыми опилками или покрывают пленкой. Бетон, твердеющий во влажных условиях будет иметь значительно большую прочность, чем бетон, твердеющий в сухой среде (на воздухе), т.к. быстрая потеря влаги бетоном приводит к прекращению его твердения, а значит и росту прочности. Бетонные и растворные смеси и их свойства Бетонная растворная смесь – рационально подобранная, точно отдозированная и перемешанная до полной однородности смесь крупного и мелкого заполнителя, воды, вяжущего до и возможно добавок, обладающая определенными свойствами. Свойства бетонной смеси: 1) Однородность 2) Связность – обуславливает однородное строение и свойства бетона (возможность формования изделий) 3) Водоудерживающая способность (количество воды не должно превышать определенного предела) 4) Нерасслаиваемость – способность бетонной смеси не расслаиваться при транспортировании, выгрузке, укладке и хранении 5) Тиксотропное упрочнение – способность материала находиться во взвешенном состоянии 6) Удобоукладываемость (реолого-технологический показатель) – характеризует способность бетонной смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием собственной массы или механических воздействий, сохраняя свою однородность, оценивают подвижностью (П) и жесткостью (Ж). Подвижность – свойство бетоннной смеси растекаться под действием собственной массы. Её вычисляют как среднее арифметическое двух определений, выполненных из одной пробы (Осадка конуса(ОК= 0, то удобоукладываемость характеризуется жесткостью) Жесткость – свойство бетонной смеси растекаться и заполнять форму под действием вибрации По степени готовности бетонные смеси подразделяют на: • Готовые к употреблению (БСГ) • Сухие бетонные смеси (БСС) Марки бетонной смеси Марка по удобоукладываемости Расслаиваемость, %, не более водоотделение Раствороотделение тяжелых легких CЖ3-C:1 До -0,1 2 3 Ж4-Ж1 “ – 0.2 3 4 П1-П2 “ – 0.4 3 4 П3-П5 “ – 0.8 4 6 Марка по удобоукладываемости Норма удобоукладываемости по показателю: Жесткости,с Подвижности, см Осадка конуса Расплыв конуса Сверхжесткие смеси СЖ1 Более 100 - - СЖ2 51-100 - - СЖ1 50 и менее - - Жесткие смеси Ж4 31-60 - - Ж3 21-30 - - Ж2 11-20 - - Ж1 5-10 - - Подвижные смеси П1 4 и менее 1-4 - П2 - 5-9 - П3 - 10-15 - П4 - 16-20 26-30 П5 - 21 и более 31 и более Для определения подвижности бетонной смеси служит стандартный конус. Стандартный конус – металлическая форма, открытая со всех сторон в виед усеченного конуса высотой 300мм, диаметром нижнего основания 200мм, верхнего – 100мм. Форму-конус смачивают изнутри водой и устанавливают на плоскую горизонтальную поверхность, затем через верхнее отверстие её заполняют бетонной смесью в 3 приема. Каждый раз слой уплотняется 25-ти кратным штыкованием металлическим стержнем, диаметром 16мм и длиной 650мм. Избыток смеси срезают кельмой вровень с краями формы. Форму медленно поднимают вертикально вверх за ручки и устанавливают рядом с отформованным бетонным конусом. Бетонный конус, освобожденный от формы, оседает под действием собственной массы. Мерой подвижности служит величина осадки конуса, которую измеряют линейкой. Для определения жесткости бетонной смеси служит технический вискозиметр Состоит из цилиндрической формы высотой 200мм с внутренним диаметром 240мм с закрепленным на ней устройством для измерения осадки бетонной смеси в виде направляющего штатива, штанги и металлического диска с 6 отверстиями. Прибор закрепляют на виброплощадке и помещают в него форму-конус, которую заполняют тремя слоями бетонной смеси, уплотняя её 25-кратным штыкованием каждого слоя. Затем форму-конус удаляют, на поверхности бетонного конуса устанавливают диск и включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и виброплощадку. Время вибрирования (выражается в секундах) и является показателем жесткости бетонной смеси – это время, за которое испытуемая смесь примет при вибрации определенные положения. Свойства растворной смеси 1. Удобоукладываемость – зависит от подвижности и водоудерживающей способности и является реалогическим свойством 2. Подвижность – в зависимости от состава растворная смесь может иметь различную консистенцию от литой до жесткой Подвижность растворной смеси определяют по глубине погружения (см) в раствор стандартного конуса, высотой 145мм и массой 300г, диаметром 75 мм и углом при вершине 30°. Э 3. Водоудерживающая способность – при достаточной данной способности частичное отсасывание воды уплотняют растворную смесь в кладке, что повышает прочность раствора 4. Прочность – марку раствора устанавливают стандартных кубов размером 70,7мм или балочек 40х40х160. Существует 9 марок: 4;10;25;50;75;100;150;200;300 5. Морозостойкость – 9 марок F10; F15; F25; F35; F50; F100; F150; F200; F300 Железобетон, назначение, свойства Железобетоном называют строительный материал в котором бетон и стальная арматура работают, как единое целое. Наиболее рационально из бетона делать изгибаемые конструкции, где в сжатой зоне – изгибается бетон, а в растянутой арматура Бетон, как любой каменный материал хорошо работает на сжатие (хорошо сопротивляется сжимающим усилиям), но слабо противодействует растяжению. Прочность бетона на растяжение в 10-18 раз меньше, чем на сжатие. Сталь – обладает высоким пределом прочности при растяжении. Наиболее целесообразно сочетается работа двух совмещенных материалов с различными свойствами (бетона и стали) в строительных изделиях, подверженных изгибу. Стальную арматуру располагают таким образом, чтобы она воспринимала растягивающие усилия, а сжимающие напряжения возникали в бетоне. Таким образом предотвращается разрушение балки. Совместная работа бетона и арматуры обеспечивается следующими факторами – бетон прочно сцепляется с арматурой вследствие трения , склеивания и обжатия при твердении (т.е. цемент при твердении уменьшается в объеме), железобетонные изделия работают как монолит. - Бетон и сталь обладают почти одинаковым коэффициентом термического расширения, поэтому в ЖБ не возникает деструктивных явлений – трещин. - Бетон не вызывает коррозию арматуры ЖБ конструкции подразделяют на сборные и монолитные Сборные – изготавливают на специализированных заводах, где производят сборные материалы для всех видов строительства и они доставляются на стройплощадку в готовом виде и при этом сокращается трудоемкость и стоимость работ. Монолитные – изготавливают непосредственно на месте строительства, для этого изготавливают опалубку, которая соответствует будущей форме сооружения. После твердения и достижения бетоном необходимой проектной прочности производят распалубливание конструкции Железобетон предварительно напряженный Основная идея предварительного напряжения заключается в том, что при изготовлении бетон растягивается только тогда, когда будут преодолены созданные обжатием напряжения. Если они превосходят растягивающие напряжения от нагрузки, то можно избежать образования трещин в бетоне. Бетон сжимают предварительным напряжением(растяжением) арматуры. Предварительно напряженная ЖБ конструкция более эффективны, чем обычные. В них полнее используется несущая способность арматуры бетона, поэтому уменьшается масса изделия, вместе с тем предварительное обжатие препятствует образованию трещин в растянутой зоне. Натяжение арматуры можно осуществлять двумя способами: • При помощи домкратов • Электротермическое – нагревают стержень до 300-400°С и пропускают электрический ток, быстро закрепляют к форме Основы технологии производства ЖБ изделий На заводах ЖБИ должно быть оборудование для приема сырьевых материалов, склады сырьевых материалов и арматуры, склады цемента, находящиеся близко от формовочного цеха, оборудование для транспортирования сырьевых материалов к бетоносмесительному узлу (БСУ), в БСУ материалы самотеком идут вниз через бункерное отделение, дозаторы, смесители. • Приготовленная бетонная смесь транспортируется в формовочный цех. • Арматурный цех находится рядом с формовочным • К арматурному цеху прилегает склад арматуры, где арматуру чистят, правят, нарезают по размерам. По возможности все армированные изделия изготавливаются в цеху В формовочном цеху в формы укладывают и уплотняют бетонную смесь, заглаживают поверхность, изделие подвергают термической обработке для ускорения твердения, потом изделие извлекают из формы и цикл повторяется. Формы бывают: металлические, деревянные, ЖБ, но чаще применяют металлические. Разборные и литые, а также стационарные, передвижные. Индивидуальные и групповые. Технологические схемы производства ЖБ изделий складываются из ряда операций. К ним относятся: • Заготовка арматуры • Приготовление бетона • Установка арматуры в формы • Формование изделий • Ускоренное твердение • Распалубка и хранение готовой продукции Каждый из этих процессов в свою очередь состоит из ряда повторяющихся операций. Все разнообразные приемы в технологии производства ЖБ сводятся к следующим основным принципиальным схемам: 1. Изделие в процессе производства остаются неподвижными, а обрабатывающие их механизмы перемещаются. По этой схеме изделия изготавливают на стендах, в матрицах и кассетах. а) стендовая технология В цеху установлены стационарные формы, все операции производятся в одном месте, к каждой форме должен быть проведен паропровод, рабочие перемещаются по цеху от формы к форме. Недостатки – много ручного труда и коммуникаций. Применяют на временных полигонах при изготовлении крупногабаритных изделий б) Кассетная технология Кассеты вертикальной формы на несколько изделий. Изготавливаются тонкие изделия до 120 мм. Технология производительна, компактна, хорошее качество поверхностей, но могут образовываться раковины, которые могут подвергаться обработке и зачистке. Необходимость применения подвижных смесей с большим расходом цемента. Недостатки: трудность чистки, узкая специализация, в) матрица отличается от стенда сложной конфигурацией (лестничные марши) 2. Изделия перемещаются от одного технологического поста к другому, а механизмы и установки, выполняющие технологические операции остаются неподвижными. Такая технологическая схема называется поточной и по ней различают два способа производства: А) Поточно-агрегатный способ - при котором изделия в формах перемещаются от одного технологического агрегата к другим, останавливаясь на каждом столько времени, сколько требуется для выполнения данной операции. При этом способе каждый агрегат работает независимо от других постов. Бетоноукладчик ездит в пределах формы, существуют камеры тепловой обработки, операции делаются на специализированных постах. Форма на пост перемещается краном, это технология из-за своей универсальности применяется чаще всего. Она не требует переналадки оборудования при изготовлении различных изделий. Б) Поточно-конвейерный способ – при котором изделия в формах перемещаются по конвейеру с принудительным ритмом движения вдоль технологической линии, оснащённой стационарным оборудованием. При этом способе технологический процесс изготовления разделён на большое количество коротких операций , каждая из которых выполняется в одинаковые промежутки времени. Здесь изделия перемещаются друг за другом (цепочкой), и работа всех агрегатов взаимосвязана. Все операции осуществляются на специальных постах. Форма вагонетка с поста на пост перемещается толкателем. Тепловая обработка происходит чаще всего в непрерывно действующих камерах подземных или напольных. Достоинства: высокая степень автоматизации, но недостатком являются большие капитальные вложения и узкая номенклатура. 2. Непрерывное формование на вибропрокатных станах Козлова. Этот способ является более производительным и экономичным. Практическое занятие № 31. Составить технологическую схему производства железобетонных изделий стендовым и кассетным способами. Практическое занятие № 31. Составить технологическую схему производства железобетонных изделий поточно-агрегатным и поточно-конвейерным способами.