Реферат: Контрольная работа по Строительству

№30. Что такое водопоглощение материала, как оно характеризует пористость материала?

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Пористость — величина относительная, выражается в процентах или долях объема материала.

Пористость строительных материалов колеблется в пределах от 0 (сталь, стекло) до 90...98 % (пенопласт)

Пористость материала характеризуют не только с количественной стороны, но и по характеру пор: замкнутые и открытые, мелкие (размером в сотые и тысячные доли миллиметра) и крупные (от десятых долей миллиметра до 2...5 мм). По характеру пор оценивают способность материала поглощать воду. Так, полистирольный пенопласт, пористость которого достигает 95 %, имеет замкнутые поры и практически не поглощает воду. В то же время керамический кирпич, имеющий пористость в три раза меньшую (т. е. около 30 %), благодаря открытому характеру пор (большинство пор представляют собой сообщающиеся капилляры) активно поглощает воду.

Величина пористости в значительной мере влияет на прочность материала. Строительный материал тем слабее сопротивляется механическим нагрузкам, тепловым, усадочным и другим усилиям, чем больше пор в его объеме. Опытные данные показывают, что при увеличении пористости от 0 до 20 % прочность снижается почти линейно.

Величина прочности также зависит от размеров пор. Она возрастает с их уменьшением. Прочность мелкопористых материалов, а также материалов с закрытой пористостью выше, чем прочность крупнопористых и с открытой пористостью.

Для сыпучих материалов (цемент, песок, гравий, щебень) рассчитывают насыпную плотность.

Насыпная плотность — величина, определяемая отношением массы материала т (Kr) K занимаемому им объему в рыхлом состоянии VH (м )

Величина Va включает в себя объем всех частиц сыпучего материала и объем пространств между частицами, называемых пустотами. Если для зернистого материала известны насыпная плотность рн и средняя плотность зерен рс, то можно рассчитать его пустотность а — относительную характеристику, выражаемую в долях единицы или в процентах

По физическому смыслу понятия пористость и пустотность аналогичны. При изготовлении бетона стремятся использовать сыпучие заполнители — песок, щебень или гравий с минимальной пустотностью. В этом случае для заполнения пустот потребуется меньше цемента и бетон будет дешевле.

Очень часто в процессе эксплуатации строительные материалы и конструкции подвергаются воздействию воды, и свойства материалов изменяются. Количественно оценить свойства материала в этом случае позволяют следующие понятия.

Водопоглощение материалов, зависящее от характера пористости, может изменяться в широких пределах. Значения WM составляют для гранита 0,02...0,7 %, тяжелого бетона — 2...4, кирпича 8...20, легких теплоизоляционных материалов с открытой пористостью — 100 % и более. Водопоглощение по объему WQ не превышает пористости, так как объем впитанной материалом воды не может быть больше объема пор.

Величины W0 и WM характеризуют предельный случай, когда материал более не в состоянии впитывать влагу. В реальных конструкциях материал может содержать некоторое количество влаги, полученной при кратковременном увлажнении капельножидкой водой либо в результате конденсации в порах водяных паров из воздуха. В этом случае состояние материала характеризуют влажностью.

Влажность — отношение массы воды, находящейся в данный момент в материале тв, к массе (реже — к объему) материала в сухом состоянии

Влажность может изменяться от нуля, когда материал сухой, до величины WM, соответствующей максимальному водосодержанию. Увлажнение приводит к изменению многих свойств материала: повышается масса строительной конструкции, возрастает теплопроводность; под влиянием расклинивающего действия воды уменьшается прочность материала.

Для многих строительных материалов влажность нормирована. Так, влажность молотого мела — 2 %, стеновых материалов -5...7, воздушно-сухой древесины- 12...18 %.

Водостойкость — свойство материала сохранять прочность при насыщении его водой. Критерием водостойкости строительных материалов служит коэффициент размягчения — отношение прочности при сжатии материала, насыщенного водой, RB к прочности при сжатии сухого материала
Пористость стройматериалов колеблется в широких пределах: от 0,2...0,8 %—У гранита и мрамора до 75...85 % у теплоизоляционного кирпича и у ячеистого бетона и свыше 90 % —У пенопластов и минеральной ваты.

От величины пористости и ее характера (размера и формы пор, равномерности распределения пор по объему материала, их структуры--сообщающиеся поры или замкнутые) зависят важнейшие свойства материала: плотность, прочность, долговечность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и др. Например, открытые поры увеличивают проницаемость и водопоглощение материала и ухудшают его морозостойкость. Однако в звукопоглощающих материалах открытые поры желательны, так как они поглощают звуковую энергию. Увеличение закрытой пористости за счет открытой повышает долговечность материала и уменьшает его теплопроводность.

Сведения о пористости материала позволяют определять целесообразные области его применения.

Свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам.

Среди физических процессов наибольшее значение в практике имеют воздействия водной и паровой среды, тепловые воздействия, распространение звуковых волн, электротока, ядерных излучений и т. п. Отношение материала к статическому или циклическому воздействию воды или пара характеризуется гидрофизическими свойствами (гигроскопичность, капиллярное всасывание, во-допоглощение, водостойкость, водопроницаемость, паропроницаемость, влажностные деформации, морозостойкость).

Водопоглощение пористых материалов (бетона, кирпича и др.) определяют по стандартной методике, выдерживая образцы в воде с температурой 20±2°С. Водопоглощение, определяемое погружением образцов материала в воду, характеризует в основном открытую пористость. Например, пористость легкого бетона может быть 50-60% объема, а его водопоглощение составляет 20-30% объема. Водопоглощение определяют по объему и массе. Водопоглощение по объему W
, % -степень заполнения объема материала водой:

/>(1.16)

где m
в — масса образца материала, насыщенного водой, г;m
c -масса образца в сухом состоянии, г.
Водопоглощение по массе W
м, %, определяют по отношению к массе сухого материала:

/>(1.17)  

Разделив W
она W
м, получим:

/> (1.18)

Относительную плотность сухого материала d выражают по его отношению к плотности воды (безразмерная величина)
Диэлькометрический и нейтронный методы измерения влажности применяют преимущественно для сыпучих материалов, в особенности для оперативного контроля влажности заполнителей для бетона (песка, гравия, щебня). Измерение влажности материала этими методами производят при помощи влагомеров, состоящих из измерительного преобразователя и электронного измерительного блока (пульта) с отсчетным устройством. Диэлькометрический метод измерения основан на зависимости между влажностью и диэлектрической проницаемостью материала. Нейтронный метод использует связь влажности и степени замедления быстрых нейтронов, проходящих через материал.
Водопоглошение различных материалов колеблется в широких пределах (% по массе): гранита 0,02-0,7; тяжелого плотного бетона 2-4; кирпича 8-15; пористых теплоизоляционных материалов 100 и более. Водопоглощение по массе высокопористых материалов может быть больше пористости, но по объему оно никогда не может превышать пористость. Водопоглощение определяют для оценки структуры материала, используя для этой целя коэффициент насыщения пор водой К
н, равный отношению водопоглощения по объему к пористости:

/>(1.19)

Коэффициент насыщения может изменяться от 0 (все поры в материале замкнуты) до 1 (все поры открыты), тогда W
о
= П. Уменьшение Кн(при той же пористости) свидетельствует о сокращении открытой пористости, что обычно проявляется в повышении морозостойкости.
Водопоглощенне отрицательно влияет на основные свойства материала: увеличивается плотность, материал набухает, его теплопроводность возрастает, а прочность и морозостойкость понижаются.

№44. Портландцемент, сырье и технологические схемы его производства, минералогический состав и его влияние на свойства цемента.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер получается результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава, обеспечивающего преобладание в клинкере силикатов кальция. Гипс при помоле клинкера должен добавляться в таком количестве, чтобы содержание SО в портландцементе было не менее 1,5% и не более 3,5%. Каждый процент гипса (СаSО • 2Н О) вносит в цемент 0.47% SO.

Портландцемент может выпускаться без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Два придания цементу специальных свойств (пониженной водопотребности, повышенного воздухосодержания, гидрофобных свойств и т. д.) в пемент могут вводиться специальные добавки.

В ответствии с ГОСТ 10178—62, вводимым в действие с 1 ян-1964 г. вырабатываемый портландцемент будет делиться на пять марок: 250, 300, 400, 450 и 500.

Главнейшими окислами, входящими в состав портландцементного клинкера, являются: CaO, SiO, Al O, Fe O.Кроме того, в состав клинкера обычно входят: МgО, иногда ТiO, окислы марганца, присутствующие в том случае, когда одним из сырьевых компонентов для получения клинкера является доменный шлак, Р О, (обычно в незначительном количестве) и щелочи — Nа О + К О. Портландцементный клинкер имеет сложный минералогический состав. Он состоит из ряда кристаллических фаз и клинкерного стекла, отличающихся друг от друга по химическому составу и оптическим свойствам. Основными минералами клинкера являются: алит — ЗСаО • SiO (Ca S), белит — -модификация 2СаО • SiO (C S), трехкальциевый алюминат — ЗСаО • А1 О (С А) и алюмоферриты кальция переменного состава, находящегося обычно в пределах

 8СаО • ЗА1 O • Fе O: 4СаО • А1 О • Fе О (С А F — С АF).

Количество указанных минералов в заводских портландцементных клинкерах находится в пределах (в %):

 C S – 42-60

 C S – 15-35

 C A – 5-14

 C AF – 10-16

 Суммарное содержание указанных минералов составляет обычно 95—98%. Эти минералы принято подразделять на минералы-силикаты — C S + C S и минералы-плавни — С А + С F. Соотношение между минералами-силикатами и минералами-плавнями в клинкерах колеблется в сравнительно узких пределах. Кроме того, в клинкере присутствует незакристаллизованное клинкерное стекло, имеющее переменный состав и содержащее значительнее величество А1 О и Fе О. Реже встречается алюминат состава 5СаО ЗА1 О. Второстепенными минералами клинкера являются свободная окись кальция (свободная известь) и свободная окись магния в виде периклаза. Щелочные окислы могут находиться в виде силиката К O • 23СаО •12SiO, алюмината Nа О • 8СаО • ЗА1 О, сульфатов натрия и калия; они входят также в состав клинкерного стекла.

 Алит в тонких шлифах имеет вид прозрачных бесцветных гексагональных табличек или призм со спайностью в одном направлении. В скрещенных николях микроскопа окраска алита темно-серая или светло-серая; при отраженном свете в непрозрачных шлифах она изменяется от светло-серой до темно-серой или синевато-серой. Белит имеет сложную двойниковую структуру, в отраженном свете его кристаллы отличаются от алита более светлой окраской и округлыми очертаниями зерен. Трехкальциевый алюминат в проходящем свете имеет вид изотропных шестиугольных пластинок, а в отраженном свете после травления шлифа 1%-ым спиртовым раствором НNO, имеет вид прямоугольных кристаллов. Алюмоферрит кальция в проходящем свете имеет вид длинновытянутых призматических кристаллов или мелких округлых зерен с желто-бурой или бурой окраской. В отраженном свете в непрозрачных шлифах кристаллы этих минералов обладают наиболее светлой окраской благодаря их высокой отражательной способности.

Клинкерное стекло после травления 1%-ным спиртовым раствором НNО и повторного травления 10%-ным раствором КОН имеет вид в отраженном свете темных включений неправильной формы.

 Одним из важных свойств минералов портландцементного клинкера является их способность при воздействии воды образовывать новые водные соединения, которые с течением времени приобретают высокую механическую прочность. Клинкерные минералы после затворения цемента водой подвергаются реакциям гидратации и гидролитической диссоциации, протекающим с различной скоростью. Основными продуктами этих реакций являются гидроалюминаты и гидроферриты кальция, а также гидрат окиси кальция, образующийся при гидролизе трехкальциевого силиката. Получающиеся гидроалюминаты кальция вступают во взаимодействие с гипсом с образованием комплексного соединения — гидросульфоалюмината кальция.

 По скорости гидратации клинкерные минералы могут быть расположены (в порядке уменьшения скорости гидратации) в следующий ряд: трехкальциевый алюминат, четырехкальциевый алюмоферрит, трехкальциевый силикат, двухкальциевый силикат. Очень медленно протекает гидратация периклаза. Таким образом, минералогический состав клинкера является основным фактором, влияющим на скорость протекания химических реакций, происходящих при твердении цемента, на время для получения высокой механической прочности и на другие технические его свойства.

 Длительное воздействие воды и водных растворов минеральных солей на бетонные сооружения, выполненные с применением портландцемента, вызывает коррозию бетона, которая при неблагоприятных условиях может привести к полному его разрушению. Наибольшее разрушительное действие оказывают минерализованные воды — морские, озерные, грунтовые и др., содержащие значительное количество солей MgSO, Na SO, CaSO, MgCl. Последние, взаимодействуя с новообразованиями в твердеющем цементе, нарушают нормальную структуру цементного камня. Так, например, растворенные в воде сульфаты, взаимодействуя с гидратом окиси кальция твердеющего цемента, образуют сернокислый кальций, кристаллизующийся в порах цементного камня со значительным увеличением объема. При большой концентрации сульфатов в водной среде это приводит к появлению внутренних напряжений в бетоне, влекущих за собой вначале растрескивание, а затем полное его разрушение.

 Кроме того, накапливающийся в бетоне сернокислый кальций вступает во взаимодействие с гидроалюминатом кальция твердеющего цемента, образуя гидросульфоалюминат кальция, плохо растворимый в воде. Если эта реакция протекает в жидкой фазе, то она не имеет вредных последствий. При взаимодействии же сернокислого кальция с кристаллическим гидроалюминатом рост кристаллов образующегося сульфоалюмината вызывает появление в бетоне разрушительных внутренних напряжений.

Для защиты бетона от действия минерализованных вод применяют цемент специального минералогического состава со значительно уменьшенным содержанием ЗСаО • А1 О и пониженным содержанием ЗСаО • SiO; в состав цемента вводят гидравлические добавки, максимально увеличивающие плотность бетона. Кислоты также разрушают портландцемент.

 Проникновение внутрь бетона пресных вод приводит к постепенному выщелачиванию гидрата окиси калыция и уменьшению его концентрации в жидкой фазе цементного камня, что при далеко зашедшем процессе коррозии может вызвать гидролиз гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. В плотном бетоне процессы коррозии под действием пресных вод протекают медленно и не представляют угрозы. Для повышения стойкости портландцемента в пресных водах изменяют минералогический состав клинкера в направлении уменьшения количества ЗСаО • SiO, поскольку это соединение твердеет с выделением свободной извести.

 Требования к качеству портландцемента тесно связаны с техническим уровнем строительного производства. Широкое внедрение в строительство эффективных сборных предварительно напряженных железобетонных конструкций требует применения бетонов высокой прочности, получаемых на основе высокопрочных цементов. Кроме того, использование высокопрочных цементов дает возможность снизить нормы расхода цемента на 1 м бетона.

 ВИДЫ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

 Наряду с портландцементом в соответствии с ГОСТ 10178-62 выпускаются многие другие виды цементов: быстротвердеющие, сульфатостойкие, пластифицированные, гидрофобные, портландцемент с умеренной экзотермией, пуццолановые портландцементы, шлакопортландиементы, шлаковый магнезиальный портландцемент, портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. В соответствии с другими стандартами выпускаются тампонажный и белый портландцементы и портландцемент для производства асбестоцементных изделий.

 Быстротвердеющий портландцемент. Быстротвердеюший портландцемент характеризуется интенсивным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения. Он предназначается, главным образом, для изготовления сборных железобетонных конструкций и деталей.

 Исследования по изучению влияния минералогического состава клинкера на нтенсивность нарастания механической прочности цементов и практика работы цементных заводов показывают, что клинкер быстротвердеющего цемента должен иметь следующие характеристики: расчетное содержание суммы наиболее активных минералов C3S + С3А должно быть не менее 60%, содержание C3S находится в пределах 50 — 53% и С3А — 8-10%. Клинкер такого состава с повышенной добавкой гипса дает цемент, отвечающий требованиям стандарта.

 Повышение тонкости помола цемента существенно ускоряет провесе его твердения, поэтому быстротвердеющий цемент можно также получать путем тонкого помола (до удельной поверхности 4000—4500 см2 /г) клинкера обычного минералогического состава, но с несколько повышенным содержанием C3S(не менее 50%) при предельной добавке гипса (содержание SO3 в цементе не должно превышать 3,5%). Необходимо учитывать, что повышение тонкости помола на 1500—2000 см /г сверх обычной вызывает резкое снижение производительности цементных мельниц и повышение удельного расхода электроэнергии на помол. Поэтому в ряде случаев более целесообразно прибегнуть к изменению минералогического состава клинкера, чем к повышению тонкости помола цемента.

 При выполнении лабораторных испытаний быстротвердеющего цемента необходимо иметь в виду, что температурные условия затворения и хранения образцов оказывают значительное влияние на показатели суточной прочности цемента. Установлено, что колебание прочностных показателей цемента при односуточных испытаниях по отношению к показателям, полученным при 20° С, находятся в пределах от -23% (при 15°С) до +17% (при 25° С). При трехсуточных испытаниях эти пределы составляют от —4 до +5%, а при семисуточных от —1 до +3%. Стандарт предусматривает, что температура воды для хранения образцов должна быть 20 ±2°С, а температура помещения, где производятся испытания. —20 ± 3° С.

Сульфатостойкий портландцемент. Сульфатостойкий портландцемент обладает по сравнению с обычным повышенной сульфатостойкостью и пониженной экзотермией при замедленной интенсивности твердения в начальные сроки.

 Этот цемент изготовляется из клинкера нормированного минералогического состава и предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций наружных зон гидротехнических сооружений, работающих в условиях сульфатной агрессии, при одновременном систематическом попеременном увлажнении и высыхании или замораживании и оттаивании. Сульфатостойкий портландцемент готовится из клинкера с коэффициентом насыщения известью не выше 0,85, с глиноземным модулем не менее 0,7 и кремнеземным модулем не ниже 2,1. Содержание С S в клинкере должно быть не более 50%, С А — не более 5%, а сумма С А + С АF не должна превышать 22%.

 Пониженное содержание трехкальциевого силиката и трех кальциевого алюмината заметно снижает активность цемента, в связи с чем в течение первых 28 суток твердения механическая прочность нарастает медленно. Введение активных или инертных минеральных добавок при изготовлении сульфатостойкого цемента не допускается.

Тампонажный портландцемент (ГОСТ 1581—42 с изменениями, внесенными в июле 1961 г.). Тампонажный цемент применяется для тампонирования нефтяных и газовых скважин с целью их изоляции от грунтовых вод. Основные требования, предъявляемые к тампонажным портландцементам: придание цементному раствору достаточной подвижности; строгое ограничение сроков схватывания, с тем чтобы начало схватывания наступало не раньше, чем окончится тампонирование; обеспечение достаточно высокой механической прочности через 2 суток твердения.

 Для получения подвижного раствора, накачиваемого в скважины насосами, цемент затворяют с большим количеством воды (50% от веса цемента) без добавки песка. Такое количество воды в условиях обычных температур замедляет схватывание цемента и понижает его прочность. Регулирование сроков схватывания тампонажных цементов при обеспечении необходимой механической прочности достигается обычно подбором минералогического состава клинкера и применением добавок.

 Решающее влияние на процессы, происходящие в цементном растворе, оказывает температура в скважине. С ее повышением процессы твердения раствора ускоряются, его механическая прочность повышается, а время начала схватывания сокращается. При температуре твердения выше 120°С прочность раствора падает и резко сокращаются сроки схватывания.

 Повышенное содержание С А вызывает ускорение процессов схватывания и увеличивает прочность цемента в первые сроки твердения. Сроки схватывания регулируются введением надлежащего количества гипса. Для замедления схватывания тампонажных цементов применяют различные замедлители: казеин, борную кислоту, соли лигносульфоновых кислот, которые усиливают замедляющее действие гипса. В цементах для сверхглубоких скважин эти замедлители, однако, не дают необходимого эффекта.

Белый портландцемент. Этот цемент предназначен для изготовления отделочного бетона, для архитектурно-отделочных, скульптурных и покрасочных работ, а так же для производства цветных растворов. Качество белого портландцемента определяется, прежде всего, его белизной и оценивается коэффициентом яркости, который характеризует белизну данного цемента по отношению к белизне сернокислого бария (BaSO ). По степени белизны белые портландцементы делят на три сорта: БЦ-1, БЦ-2, БЦ-3 с коэффициентами яркости соответственно 76, 73 и 66.

 Клинкер высококачественного белого портландцемента обычно характеризуется пониженным коэффициентом насыщения, высоким кремнеземным модулем, низким содержанием С AF(до 1.5%), Fe O (в пределах 0.3-0.5%) и MnO (до 0.03%).

 Для производства белого портландцемента применяются сырьевые материалы, по возможности не содержащие соединений, окрашивающих цемент, прежде всего, окиси железа, атак же окислов марганца, окиси хрома и др. При мокром способе производства повышение степени белизны можно достигнуть за счет введения хлористых солей, образующих при обжиге летучее хлорное железо.

Портландцемент для бетонных покрытий автомобильных дорог. Этот портландцемент должен отвечать следующим основным требованиям: иметь малые усадочные деформации, большую эластичность, высокий предел прочности при сжатии, высокую деформативную способность при растяжении и изгибе и обладать повышенной морозостойкостью. Для повышения морозостойкости и уменьшения объемных деформаций в состав цемента при помоле вводят 0.1- 0.25% сульфитноспиртовой барды. Из активных минеральных добавок разрешается вводить только гранулированный доменный шлак в количестве не более 15%.

Прочие разновидности портландцемента. Пластифицированный портландцемент предназначается для изготовлени монолитного бетона гидротехнических сооружений, а так же для дорожных и аэродромных покрытий. Он отличается повышенной морозостойкостью, достигаемой за счет введения при помоле клинкера 0.15-0.25% пластифицирующей поверхностноактивной добавки от веса цемента в пересчете на сухое вещество.

 Гидрофобный портландцемент обладает пониженной гидроскопичностью. Это свойство придается цементу путем введения при помоле клинкера гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок( асидола, мылонафта, асидола-мылонафта, олеиновой кислоты или окисленного петролатума) в количестве 0.06-0.3%. Цемент гидрофобизируют обычно в тех случаях, когда его необходимо транспортировать на дальние расстояния по водным магистралям.

 Портландцемент для производства асбестоцементных изделий получают из клинкера с пониженным содержанием С3А. введение каких-либо добавок, кроме гипса, не допускается. Для более быстрого нарастания прочности асбестоцементных изделий в первые часы после их изготовления цемент измалывают более тонко.

 Пуццолановые портландцементы предназначены для бетонных и железобетонных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод. Приготовляются они из клинкера обычного минералогического состава с обязательным введением при его помоле не менее 25-40% добавок вулканического происхождения, не менее 20% и не более 30% осадочного происхождения.

 Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент предназначен для подводных и подземных бетонных и железобетонных сооружений, работающих в условиях постоянного воздействия сульфатных агрессивных вод. Сульфатостойкость достигается за счет понижения в клинкере содержания С3А до величины, не превышающей 8%. Содержание добавок вулканического происхождения должно быть не менее 25% и не более 40%, а осадочного происхождения – не менее 20% и не более 30%.

 Шлакопортландцементы предназначены для бетонных и железобетонных надземных и подводных сооружений, подвергающихся воздействию пресных вод. Приготовляются они путём совместного или раздельного помола клинкера обычного минералогического состава и 30-60% доменного гранулированного шлака. Шлакопортландцемент при твердении выделяет значительно меньше гидрата окиси кальция, чем портландцемент, и поэтому он обладает более высокой водостойкостью и характеризуется меньшей теплотой гидратации.

 Магнезиальный шлакопортландцемент получают на основе клинкера с повышенным содержанием MgO (до 10%) и применяют для надземных бетонных и железобетонных сооружений. Добавка гранулированного доменного шлака в магнезиальный щлакопортландцемент разрешается в количестве 30-50 %.

 К разновидностям портландцемента относится так же рудный или железистый портландцемент. В нем совершенно отсутствуют алюминаты кальция, поэтому он отличается повышенной сульфатостойкостью и кислотостойкостью и замедленным нарастанием механической прочности в первые сроки твердения.

 СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА
.

 Основными сырьевыми материалами для производства портландцемента являются широко распространенные в природе осадочные известняковые горные породы с высоким содержанием углекислого кальция (СаСО ) и глинистые породы с высоким содержанием кремнезёма (SiO ), глинозема (Al O )и окиси железа (Fe O ).

 К известняковым породам, применяемым в цементной промышленности России, относятся известняки, мел, известковый туф, известняк-ракушечник и др. Все эти материалы представляют собой первый, так называемый известковый компонент сырьевой смеси.

 К глинистым породам относится глина, глинистые сланцы, лёсс и др.; они составляют второй компонент сырьевой смеси – глинистый.

 Решение вопроса о пригодности сырьевых материалов для изготовления портландцемента и о выборе способа производства принимается на основе всестороннего изучения химического и минералогического составов сырья и исследования его физико-механических свойств.

 Наличие в известковом компоненте большого количества включений кварца или кремниевых прослоек осложняет и удорожает подготовку сырьевой смеси, а так же неблагоприятно отражается на процессе обжига и качества цемента. Известняки с крупными кремниевыми включениями требуют предварительного обогащения.

 Сырьевые материалы с высоким содержанием гипса или пирита для производства портландцемента не применяются, так как серного ангидрида в сырьевой смеси должно быть не больше 2%, с тем чтобы его содержание в клинкере не превышало 3%. Превышение этого предела может привести к получению цемента с неравномерным изменением объема в процессе его твердения.

 До последнего времени известняки с высоким содержанием окиси магния для производства портландцемента не применялись. Согласно ГОСТ 10178-62 содержание MgO в клинкере не должно превышать 5%. Чтобы обеспечить это условие, суммарное содержание MgO в смеси должно быть не более 3-3.5%. Такое ограничение вызвано тем, что окись магния, находящаяся в клинкере в виде минерала периклаза, в процессе твердения цемента гидратируется медленно, с увеличением в объёме, что с течением времени при большом содержании MgO в цементе может привести к разрушению раствора и бетона.

 В 1958г. Был введен в эксплуатацию Ангарский цементный завод, который в качестве известкового компонента использовал в первые годы его работы магнезиальный мраморовидный кристаллический известняк, в качестве глинистого компонента – золу газогенераторной станции химического завода и глинистые отходы, скопившиеся в террикониках при добыче черемховского угля. Из этого сырья получался клинкер с содержанием MgO, весьма жесткие автоклавные испытания цемента на равномерность изменения объема дали положительные результаты. Это первый завод в Советском Союзе, который выпускал в течение ряда лет портландцемент с повышенным содержанием MgO.

 До последнего времени считалось, что содержание в клинкере фосфорного ангидрида PO не должно превышать одного процента, так как предполагалось, что он отрицательно влияет на прочностные характеристики цемента. Однако исследованиями русских ученых Н. А. Торопова, А.И. Борисенко, английского ученого Р.У. Нерса и других установлено, что при правильном подборе минералогического состава клинкера содержание P O в нем может достигать без ухудшения свойств цемента 2-2.5%, а при особенно благоприятных условиях — и более. Минералогический состав клинкера должен быть рассчитан таким образом, чтобы весь P O вошел в состав твердого раствора с C S. Необходимо добиться отсутствия в клинкере Р О в виде растворимых в воде фосфатов, сильно замедляющих процесс твердения цемента и снижающих его механическую прочность.

 Источником щелочей в клинкере являются обычно глинистые материалы, содержащие остатки полевого шпата, слюды, иллиты, и др. Применение глинистых материалов с высоким содержанием щелочей не желательно, так как использование для изготовление бетона цемента с повышенном количеством щелочей (Na O и K O) в сочетании с заполнителями, имеющими аморфные видоизменения кремнезёма, может привести через известный период времени к разрушению бетонных сооружений.

 К наиболее реакционноспособным горным породам и минералам относятся опал, халцедон, андезит, риолит, тридимит, а так же кристобалит, кварцевое стекло и некоторые филлиты. При использовании подобных заполнителей суммарное содержание щелочей в цементе ( в пересчете на Na O) не должно превышать 0.6%.

 Повышенное содержание щелочей в сырье нарушает нормальное ведение технологического процесса, в особенности при сухом способе производства, о чем подробно говорится ниже.

 Кроме перечисленных выше природных сырьевых материалов, для изготовления портландцемента могут быть использованы отходы других отраслей промышленности: черной и цветной металлургии, газосланцевой промышленности, производства синтетического каучука и др. Так как эти отходы уже подвергались термической обработке, то применение их значительно улучшает технико-экономические показатели работы завода по сравнению с обычными сырьевыми материалами.

 Крупными научными исследованиями, проведенными институтами БАМИ, Гипроцемент, Гипрохим и др., установлены возможность и условия использования следующих отходов:

 нефелинового или белитового шлама – отхода, получаемого при производстве глинозема из нефелитовых концентратов;

 кислого гранулированного доменного шлака, отхода черной металлургии;

 сланцевого кокса – отхода газосланцевых заводов, перерабатывающих горючие сланцы на газ;

 газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции, перерабатывающей горючие сланцы на жидкие продукты перегонки;

 газогенераторной золы – отхода газогенераторной станции, перерабатывающих твердое топливо на ряд химических продуктов.

 Сырьевая смесь надлежащего химического состава может быть получена из двух компонентов – известкового и глинистого – лишь при особо благоприятном их составе и высокой однородности.

 Последнее время в связи с повышением требований к качеству цемента и с увеличением удельного веса высокомарочных цементов заводы всё чаще работают с применением трехкомпанентной и даже четырехкомпанентной смеси. В этом случае сырьевую смесь для получения клинкера заданного минералогического состава вводят в так называемые корректирующие добавки.

 Для повышения содержания в сырьевой смеси окислов железа в неё вводят различные железосодержащие добавки: пиритные огарки (отходы сернокислого производства), колошниковую пыль (отход металлургического производства), железную руду и т. п. При получении клинкеров из отходов алюминиевой промышленности для повышения содержания окиси алюминия вводят бокситы.

 Активность минеральных добавок чаще всего оценивается по их способности поглощать известь из водного известкового раствора и набухать при этом. В качестве активных добавок могут быть использованы основные и кислые доменные шлаки коксовой плавки литейного, передельных. В последние годы установлена возможность применения для этой цели так же доменных шлаков специальных марганцевых чугунов.

 Пригодность доменного шлака для использования в качестве активной добавки определяется его химическим и минералогическим составом, структурой и гидравлическими свойствами. Обычно используют гранулированные доменные шлаки, то есть шлаки, полученные путем искусственного быстрого охлаждения шлакового расплава, выходящего из доменной печи. Быстрое охлаждение придает шлаку гидравлические свойства. В состав доменных шлаков обычно входят окислы KО, SiO, Al O, MgO и Fe O сернистые соединения CaS, MnS и FeS.

 СПОСОБЫ ПРИЗВОДСТВА ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

 Существует несколько способов производства портландцемента:

1.            сухой

2.            мокрый

3.            полусухой

4.            комбинированный

 Выбор способа производства зависит от особенностей приготовления сырьевой смеси. Два основных способа производства портландцемента – мокрый и сухой; они различаются по характеру переработки сырьевых материалов, а так же по физическим свойствам сырьевой смеси, поступающей     на обжиг.

 При производстве портландцемента мокрым способом применяют следующую технологическую схему. Поступающий из карьера твердый известняк с размерами кусков до 1 м подвергается двух- или трехстадийному дроблению в дробилках с доведением кусков до 8-10 мм. Поступающую из карьера глину с размерами кусков до 500 мм измельчают в вальцовых дробилках до кусков размером 0-100 мм, а затем отмучивают в болтушках. Получаемый глиняный шлам с влажностью 60-70 % подают в сырьевую мельницу где он размалывается совместно с раздробленным известняком. При использовании мягкого известкового компонента (мел, известковый туф и др.) технологическая схема меняется. Мел, раздробленный в вальцовых дробилках вместе с глиной, отмучивается в болтушках, а затем подвергается размолу в мельнице.

 Полученный шлам, влажность которого находится в пределах 32-40%, центробежными насосами транспортируется в вертикальные шламовые бассейны, где он корректируется. Это необходимо для того, чтобы обеспечить постоянство заданного заводской лабораторией химического состава шлама. Откорректированный шлам поступает из вертикальных бассейнов в горизонтальные, где и хранится до подачи в печь для обжига. В вертикальных бассейнах шлам перемешивается сжатым воздухом, а в горизонтальных – механическим путем и сжатым воздухом. Перемешивание предотвращает возможность осаждения шлама и позволяет достичь полной его гомогенизации. При использовании сырьевых компонентов, имеющих постоянный химический состав корректирование шлама производят не в вертикальных, а непосредственно в горизонтальных бассейнах большой емкости. Обжиг шлама на клинкер осуществляется во вращающихся печах. Полученный клинкер охлаждается в холодильниках, дробится и подается транспортерами в бункеры цементных мельниц для помола или же направляется на хранение механизированных в механизированный шихтовальный двор. Здесь складируются также гидравлические добавки и гипс, которые по мере надобности подаются в бункеры цементных мельниц для совместного помола с клинкером. Твердое топливо для обжига шлама поступает с шихтовальню двора в дробилку, затем в сепараторные мельницы для одновременной сушки и помола. Приготовленный угольный порошок поступает для сжигания в печь при использовании газообразного или жидкого топлива схема упрощается, так как в этом случае сооружение топливоподготовительного отделения не требуется.

 Полученный портландцемент транспортируется из мельниц пневматическим путем в силосы для хранения. После определения качества цемента часть его поступает в упаковочную машину. Здесь он автоматически насыпается в бумажные мешки, которые затем отгружаются с завода железнодорожным, автомобильным или водным транспортом. Остальную часть цемента отправляют навалом в специальных железнодорожных вагонах или в контейнерах цементовозах.

 При производстве портландцемента сухим способом применят следующую технологическую схему. Поступающие из карьера известняк и глину с низкой влажностью после дробления направляются в сырьевую сепараторную мельницу для одновременного помола и сушки. Полученная сухая сырьевая смесь транспортируется пневматическими установками к смесительным силосам, в которых перемешиваются сжатым воздухом и корректируются. При использовании пластичного глинистого компонента сырьевая мука из силосов направляется в смесительные шнеки, где увлажняется 8-10% воды. Затем эта масса поступает на грануляторы, куда одновременно подается добавочная вода. Здесь происходит образование прочных гранул с влажностью 12-14%, поступающих затем в печь на обжиг. При непластичном глинистом компоненте сырьевая мука транспортируется в питательные дозаторы печи непосредственно из смесительных силосов.

 Сырьевая смесь может обжигаться в коротких вращающихся печах с запеченными установками различных конструкций или в длинных вращающихся печах. При обжиге в автоматических шахтных печах, на спекательных решетках и во вращающихся печах конвеерными кальцинаторами сырьевая смесь должна подаваться только в виде прочных гранул. Дальнейшие этапы технологической схемы такие же как и при получении цемента по мокрому способу.

 При мокром способе легче получить однородную (гомогенизированную) сырьевую смесь. Поэтому при значительных колебаниях химического состава известнякового и глинистого компонента он чаще применяется. Этот способ используют и тогда, когда сырьевые материалы имеют высокую влажность, мягкую структуру и легко диспергируются водой. Наличие в глине посторонних примесей, для удаления которых необходимо отмучивание, также предопределяет выбор мокрого способа. Размол сырья в присутствии воды облегчается, и на измельчение расходуется меньше энергии. Недостаток мокрого способа – значительно больший расход топлива.

Сухой способ производства целесообразен при сырье с относительно меньшей влажностью и более однородным составом. Он же практикуется в случае, если в сырьевую смесь вместо глины вводят гранулированный доменный шлак. Его же применяют при использовании натуральных мергелей и тощих сортов каменного угля с малым содержанием летучих, сжигаемых в шахтных печах. Расход топлива при сухом способе во вращающихся печах гораздо меньше, чем при мокром. Поэтому доля сухого способа производства все возрастает и она должна в ближайшее время значительно увеличиться.

При изготовлении сырьевой смеси по любому способу необходимо стремится к наиболее тонкому помолу, теснейшему смещению сырьевых материалов и к возможно большей однородности сырьевой смеси. Все это гарантирует однородность выпускаемого продукта и является одним из необходимых условий нормальной эксплуатации завода. Резкие колебания химического состава сырьевой смеси нарушают ход производственного процесса. Высокая тонкость помола и совершенное смешение необходимы для того, чтобы химическое взаимодействие между отдельными составными частями сырьевой смеси прошло до конца и возможно в более короткий срок.

 ПРИМЕНЕНИЕ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА.

Среди строительных материалов цементу принадлежит ведущее место. В современной строительной практике роль цемента в выпуске новых прогрессивных материалов и изделий для полносборного домостроения постоянно возрастает. Его применяют для изготовления монолитного и сборного бетона, железобетона, асбестоцементных изделий, строительных растворов, многих других искусственных материалов, скрепления отдельных элементов (деталей) сооружений, жароизоляции и др. Крупными потребителями цемента являются нефтяная и газовая промышленность. Цемент и получаемые на его основе прогрессивные строительные материалы успешно заменяют в строительстве дефицитную древесину, кирпич, известь и другие традиционные материалы.
№61.Как определяется водоцементное отношение из условия обеспечения заданной марки бетона?

Прочность бетона характеризуется его маркой, которая определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов размером 150x150x150 мм, испытанных в возрасте 28 сут твердения в нормальных влажностно- температурных условиях. В индивидуальном строительстве в основном используют бетоны марок 50… 150, иногда и 200. Наименьшая марка легких бетонов может быть равной 5.

В настоящее время согласно СНиП 2.03.01—84' при расчете бетонных и железобетонных конструкций пользуются не маркой бетона, а его классом.

При изготовлении конструкций на заводах, где о прочности бетона судят по результатам многих проверок, расчет их можно вести не по средней, а по гарантированной прочности бетона. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 95%. Существует следующая связь между классом и маркой бетона:

В т 0,7786М, где В — класс бетона; М — марка бетона, МПа.

Пока временно допускается пользоваться марками бетона, хотя в проектах уже обычно указывается его класс. В индивидуальном строительстве, когда бетонную смесь приготовляют на месте и нет возможности (да и необходимости) проводить статистический контроль, более целесообразно, очевидно, все-таки пользоваться марками бетона.

Неспециалисты считают, что качество бетона зависит только от количества цемента. Конечно, количество цемента влияет на качество бетона, но не меньшее значение имеют и другие факторы: правильное соотношение песка и гравия, количество воды, перемешивание, укладка, уплотнение бетона и уход за ним, особенно в первые два дня после его укладки.

Заполнитель занимает около 85% объема бетона. Гранулометрический состав заполнителя следует выбирать таким, чтобы песок по возможности заполнял все пустоты между гравием и щебнем. Чем меньше будет объем пустот между мелким и крупным заполнителем, тем меньше потребуется цементного теста для заполнения этих пустот. Опыт показывает, что прочный бетон (с минимальным количеством цемента) можно получить, если бетон содержит 30...45% песка и 55...70% гравия или щебня. В этом случае объем пустот между зернами будет минимальным. Общепринято, что объем пустот при приготовлении бехонной смеси не должен превышать, %: для песка — 37, гравия — 45 и щебня — 50. Чем меньше объем пустот для гравия и щебня, тем меньше надо песка и цемента.

Объем пустот для заполнителя можно определить следующим образом. Песок, гравий или щебень помещают в ведро вместимостью 10 л или в другой сосуд с известным объемом. Не уплотняя, заполнитель разравнивают до краев сосуда и из другой емкости с известным объемом (например, из поллитровой или литровой банки), наливают воду, пока она не достигнет краев сосуда. Зная объем влитой воды, определяют объем пустот. Например, если в 10-литровое ведро было налито 4 л воды, объем пустот составляет 40%, т.е. объем пустот в процентах равен отношению объема влитой воды к объему сосуда, умноженному на 100. При выборе заполнителей надо стараться, чтобы песок, гравий и щебень имели по возможности большую разновидность зерен

Не рекомендуется использовать крупный заполнитель с размерами зерен, превышающими 1/4… 1/5 минимального размера конструкции; размеры зерен не должны превышать 3/4 расстояния между арматурными стержнями. Поэтому в тонкостенных густо армированных конструкциях максимальный размер зерна крупного заполнителя не должен превышать 40 мм, а иногда даже 20 мм.

В индивидуальном строительстве в качестве заполнителя для приготовления бетона часто используют естественную песчано-гравийную смесь. Без сортировки не рекомендуется ее применять для приготовления бетонов марок выше 150.

Для приготовления бетонов низких марок в качестве крупного заполнителя можно использовать кирпича, черепицы или другого керамического материала, получаемого при разборке старых зданий.

Марку цемента рекомендуется принимать такую, чтобы она примерно в 2 раза превышала проектную марку бетона. Но у индивидуальных застройщиков обычно нет выбора, и они вынуждены готовить бетон из того цемента, которых у них имеется, допуская, таким образом, его перерасход.

Нормами установлен минимальный расход цемента на 1 м2 бетонной смеси. Для бетонных конструкций — 200 кг/м2, для железобетонных — 220, а для конструкций, подвергающихся воздействию агрессивной среды, — 250 кг/м2. Минимальный расход цемента принимается из таких соображений, чтобы цементное тесто не только заполнило пустоты между заполнителями, но и несколько отодвинуло зерна заполнителя друг от друга, покрывая зерна песка и гравия тонкой пленкой из цементного теста, обеспечивая таким образом пластичность бетонной смеси и улучшая ее удобо-укладываемость. С увеличением расхода цемента (при всех других аналогичных обстоятельствах) улучшается качество бетона, но только до определенного предела (примерно до 400...500 кг/м2). Дальнейшее увеличение расхода цемента приводит к снижению прочности и качества бетона.

Для получения пластичной и удобоукладываемой бетонной массы в нее очень часто необоснованно добавляют большое количество воды. Особенно этим грешат индивидуальные застройщики. Лишняя вода может снизить прочность бетона даже в несколько раз. Практически прочность бетона не изменится, если одновременно добавлять цемент и воду, сохраняя постоянным водоцементное отношение. А это означает, что для обеспечения заданной марки бетона при увеличении количества воды следует увеличивать и количество цемента. Поэтому выбор оптимального водоцементного отношения в условиях индивидуального строительства является одним из основных источников экономии цемента.

Чем жестче будет бетонная смесь и чем лучше ее уплотнять при укладке, тем прочнее получится бетон, и наоборот. Нормальная, так называемая жесткая бетонная смесь должна содержать 50...70% воды от массы цемента. Следует учесть, что песок после   дождя   содержит   примерно   15%   воды,   и   в таком случае, приготовляя бетон, количество воды надо сократить.

Конечно, наиболее экономично приготовлять и укладывать по возможности более жесткую бетонную смесь, но надо учесть, что ее нормально можно уплотнить только в массивных конструкциях с большим расстоянием между арматурными стержнями. Чем тоньше конструкция и чем меньше расстояние между арматурными стержнями, тем пластичнее должна быть бетонная смесь (чтобы не остались пустоты по краям конструкции и вблизи арматурных стержней). Поэтому консистенция бетонной смеси должна зависеть от бетонируемой конструкции.

В зависимости от консистенции бетонная смесь может быть: жесткая (примерно как влажная земля), при укладке которой требуется тщательное уплотнение; пластичная (достаточно густая, но подвижная), не требующая такого сильного уплотнения, и литая, которая без вибрирования заполняет опалубку. Использование литой бетонной смеси в индивидуальном строительстве практически недопустимо. Жесткую бетонную смесь рекомендуется применять для бетонирования подготовительного слоя под фундаменты и пол, фундаментов, стен и других массивных неармированных или малоармированных конструкций. Пластичную бетонную смесь используют для бетонирования балок, колонн, плит перекрытия и других аналогичных конструкций. Пластичность, или подвижность бетонной массы следует обеспечивать не добавлением чрезмерного количества воды, а специальными добавками — пластификаторами. Чаще всего для этой цели используют сульфитно-спиртовую барду, добавляя ее 0,1...0,16% от массы цемента. Если количество добавки больше, она снижает прочность бетона. Для того, чтобы облегчить уплотнение бетонной массы, к цементу можно добавить до 10% гашеной извести. Полученный таким образом бетон становится более удобоукла-дываемым, повышается его долговечность, уменьшается гигроскопичность. Требуемая прочность тяжелого бетона
всегда указывается в рабочих чертежах конструкций и называется маркой бетона. Она определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубиков размером 20X20X20 см,, изготовленных из рабочей бетонной смеси и испытанных в возрасте 28 дней после твердения в нормальных условиях (температура 15—20°, относительная влажность окружающего воздуха 90—100%).
При спешных работах, когда применяются быстро твердеющие цементы или используются химические, а также тепловые способы ускорения твердения бетона, можно испытывать прочность бетона в более короткие сроки твердения, например в возрасте 1, 3 и 7 дней. Наоборот, бетоны на медленно твердеющих цементах (на портландцементе низких марок, пуццолановом портландцементе и шлакопортландцементе) могут иметь расчетные сроки твердения, превышающие 28 дней (60, 90 и 180 дней), в соответствии с графиком работ и сроками строительства. Это должно быть обосновано технически и экономически. Увеличение расчетного срока твердения бетона сверх 28 дней, если оно не противоречит другим производственным требованиям, дает экономию цемента.
Техническими условиями установлены следующие марки бетона:
50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 400; 500 и 600. Временно применяются также бетоны марок 70, 90, 110 и 140.
Бетон марок 50—100 применяют для оснований, фундаментов и массивных сооружений с невысокими расчетными напряжениями. Для железобетонных конструкций нельзя применять бетон марки ниже 100, так как не будут обеспечены прочное сцепление со стальной арматурой и защита ее от коррозии.
Для обычных железобетонных конструкций в гражданском и промышленном строительстве рекомендуется тяжелый бетон
марки 150. Для сжатых конструкций с высокими напряжениями, для конструкций больших пролетов и крупных инженерных сооружений (мостов и др.) применяют бетон марок от 200 до 300; для железобетонных изделий и сборных конструкций обычно используют бетон марок 200—250, а для нового эффективного вида железобетона, так называемого предварительно напряженного — бетон высоких марок: 300—600.
На производстве необходимо обеспечить заданную марку бетона;
превышение заданной марки допускается, но не более чем на 15%, так как оно вызывает перерасход цемента.
Предел прочности бетона при растяжении в 8—15 раз меньше, чем при сжатии; чем выше марка бетона, тем больше отношение Rсж/Rраст. Это — недостаток всех хрупких материалов, к которым относится и тяжелый бетон. Из-за малой прочности бетона при растяжении перешли к применению железобетонных конструкций, в которых растягивающие напряжения воспринимаются в основном стальной арматурой.

Прочность бетона R6 к определенному сроку при твердении в «ормальных условиях зависит главным образом от двух факторов: от прочности (активности) цемента Rц от водощементного отношения, т. е. R6=f(Rц В/Ц)
Водоцементным отношением называется отношение веса воды к весу цемента в свежеизготовленной бетонной смеси, причем учитывается только свободная, не поглощенная заполнителями вод

Однако при изготовлении тяжелого бетона принимают водоцементное отношение, равное не 0,1—0,2, а значительно большее, например 0,5—0,7. Большее количество воды нужно для придания бетонной смеси подвижности, так как при В/Ц=0,1—0,2 она почти сухая и ее трудно перемешивать и укладывать.
Избыточная вода остается в бетоне, создавая в нем поры, или испаряется, оставляя воздушные поры. В обоих случаях цементный камень в бетоне ослабляется, поперечное сечение тела камня, противостоящее нагрузке, уменьшается, а вокруг пор концентрируются местные напряжения. Поэтому прочность
тяжелого бетона будет тем меньше, чем больше пористость цементного камня, т. е. чем больше было взято воды по отношению к весу цемента в свежеизготовленной бетонной смеси и чем меньше воды связалось химически в процессе твердения бетона.
Наряду с формулой проф. Н. М. Беляева применяют и более простую формулу:
для определения прочности бетона с гравием
R28=0,5(Rц(Ц/В-0,50)
для определения прочности тяжелого бетона со щебнем R88=0,55Rч(Ц/В-0,50),
где Rц — прочность цемента, определенная при стандартном  испытании на сжатие образцов из раствора жесткбй консистенции. В связи с возможным переходом на испытание прочности цемента в растворе пластичной консистенции (Яц nл)
Г. М. Рущуком была получена также  эмпирическая   формула
для определения прочности бетона:
R28 = Rц.™(Ц/В—0,70),
Дающая более точные результаты, чем предыдущие.
Последние три формулы отличаются от формулы проф. Н. М. Беляева тем, что в них взято не водоцементное отношение, а обратное ему — цементноводное. Удобство простых формул, в частности, заключается в том, что при экспериментальном определении прочности бетона достаточно провести всего два опыта, чтобы установить зависимость прочности бетона на местных материалах от Ц/В. Во избежание ошибки все же проводят три и более опытов.


№ 79. Какие факторы влияют на трещинообразование бетона?

Производство и эксплуатация бетонных сооружений сопровождаются трещинообразованием, обусловленным комплексом причин. Трещины, деформации или разрушения могут быть вызваны ударными, вибрационными, другими динамическими нагрузками; упущениями в расчетах и армировании; использованием некачественных материалов; нарушениями режимов тепловой обработки и технологии монтажа; разнородностью прочности, упругости и жесткости используемых материалов; потерей прочности основания. Каждый из этих факторов наиболее интенсивно проявляется на разных этапах твердения бетона, и поэтому их влияние на долговечность бетонных элементов неодинаково. Наибольшую роль играют деформации, происходящие в затвердевшем бетоне, причем основная доля приходится на те из них, которые связаны с растягивающими или изгибающими нагрузками, внутренними напряжениями при циклическом замораживании и оттаивании, воздействием внешней среды, коррозионными процессами. Развитие дефектов с течением времени существенно сказывается на напряженно-деформированном состоянии элементов конструкций.                   Предупредить все вышеназванные причины трещинообразования в бетоне или снизить степень их влияния на свойства материала можно применением дисперсно-армированных бетонов. Применение такого композита позволяет успешно решить ряд специализированных задач: усиление мостовых конструкций, взлетно-посадочных полос, промышленных бетонных полов, созданию солнцезащитных экранов, декоративных элементов и др.

    Фибробетон, как и традиционный бетон, представляет собой композиционный материал, включающий дополнительно распределенную в объеме фибровую арматуру. Дисперсное фибровое армирование позволяет в большой степени компенсировать главные недостатки бетона — низкую прочность при растяжении и хрупкость разрушения. Фибробетон имеет в несколько раз более высокую прочность при растяжении и на срез, ударную и усталостную прочность, трещиностойкость и вязкость разрушения, морозостойкость, водонепроницаемость, жаропрочность и пожаростойкость. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон. Это обеспечивает его высокую технико-экономическую эффективность при применении в строительных конструкциях и их ремонте. Главные показатели свойств фибробетонов характеризуются:

    - Высокой предельной растяжимостью и работой без трещин или с малой       шириной их раскрытия в стадии эксплуатации;

   — Высокой водонепроницаемостью;

   — Высокой коррозионной стойкостью и долговечностью;

   — Повышенной прочностью на растяжение, в том числе в раннем возрасте;

   — Высокой удельной энергией разрушения – в 20-40 раз выше, чем у бетона, в том числе при действии ударов и других динамических и сейсмических нагрузок;

   — Высокой термостойкостью, включая огнестойкость;

   — Хорошим сопротивлением истираемости;

   — Пониженными деформациями ползучести и усадки по сравнению с бетоном.

   Экспериментально-теоретические исследования показали, что основными факторами, влияющими на прочности, являются: число армирующих волокон, пересекающих расчетное сечение, зависящее от объемного процента армирования и диаметра ар­матуры; боковая поверхность арматуры; длина волокон; проч­ность матрицы.

    Особо важную роль в формировании прочности фибробетона играет сцепление арматуры с бетоном. Для её определения мы разработали методику. Специально изготовили установку, которая состоит из продольных опор, боковых стенок и поверхности для образцов (рис.1).

/>

Рис.1 Установки для определения сцепления фибры с цементно-песчаным раствором и бетоном (при диаметре фибры от 100 до 1000 мкм)

    Основной трудностью было закрепление волокон фибр в натянутом состоянии, чтобы при формовании изделия не влияли внешние факторы. Эти волокна мы закрепили следующим образом: сверху перекинули через специальное устройство, вследствие, чего нам пришлось заделывать фибру в бетон сразу в двух местах, а снизу закрепили с помощью пружин и зажимов, что позволило расположить фибру в натянутом состоянии (рис.2). В критический период после укладки (от 2 до 6 часов) увеличивает  способность бетона деформироваться  без разрушения, тем самым уменьшая количество и размер трещин, что в свою очередь способствует сохранению внутренней прочности бетона. На следующем этапе, когда бетон  уже затвердел и начинает давать усадку, волокна синтетической фибры снижают риск разлома, соединяя края  образовавшихся трещин.  А также посредством контроля гидратации, снижают  выделение воды, тем самым уменьшая  внутренние нагрузки.


№97.Гидротехнический бетон как материал противофильтрационных облицовок каналов, требования к нему; от чего зависит в этом случае его трещиностойкость.

Важными мерами по дальнейшему совершенствованию водохозяйственного строительства являются улучшение качества работ, максимальное сокращение сроков и снижение стоимости строительства, с чем тесно связано рациональное использование строительных материалов. Чем шире ассортимент, выше качество и ниже стоимость строительных материалов, тем успешнее осуществляется строительство гидротехнических и многих других инженерных сооружений и зданий, возводимых на мелиоративных, водохозяйственных системах и сельскохозяйственных объектах.
Гидротехнический бетон. Классификация гидротехнического бетона с учетом особенностей его работы в сооружениях. Требования к материалам для гидротехнического бетона, выбор вида и марки цемента. Долговечность гидротехнического бетона при попеременном увлажнении и высыхании, замораживании и оттаивании, при воздействии воды агрессивной среды и температурных перепадов. Марки и классы гидротехнического бетона по прочности, а также его марки по морозостойкости и водонепроницаемости. Требования к гидротехническому бетону в зависимости от его назначения и условий эксплуатации, по водонепроницаемости, морозостойкости и трещиностойкости. Методы определения прочности, морозостойкости, водонепроницаемости и трещиностойкости. Гидротехнический бетон как материал для сооружений водохозяйственного назначения и противофильтрационных облицовок каналов. Добавки к гидротехническому бетону, повышающие его долговечность и строительно-технические свойства. Проектирование состава гидротехнического бетона с учетом требований по прочности, коррозийной стойкости, морозостойкости, водонепроницаемости и экономичности.

Мелкозернистый гидротехнический бетон, особенности его строительно-технических свойств, достоинства и недостатки. Торкрет- и пневмобетон, особенности их свойств. Области применения мелкозернистых гидротехнических бетонов в мелиоративном и водохозяйственном строительстве. Литые гидротехнические бетоны, особенности их состава и свойств, область применения.

Особенности ухода за свежеуложенным гидротехническим бетоном. Мероприятия, повышающие долговечность гидротехнического бетона.

Пооперационный контроль качества гидротехнических бетонов и материалов для их приготовления. Неразрушающие и механические методы контроля качества гидротехнических бетонов.

Специальные бетоны. Дорожный бетон, особенности условий его работы, требования к нему и свойства. Улучшение свойств бетонов добавками полимеров (бетонополимер) и волокнами (фибробетон). Облегченные бетоны на природных и искусственных заполнителях. Легкие бетоны. Бетоны на пористых заполнителях. Виды пористых заполнителей и основные требования к ним. Свойства легких бетонов на пористых заполнителях. Ячеистые бетоны: газобетон и пенобетон, принципы их изготовления и свойства. Крупнопористый бетон. Технико-экономическая эффективность применения легких бетонов.

Использование промышленных отходов в производстве бетонов и их экономическая целесообразность