Технология и применение специальных бетонов
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 202
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7638-2513-8
Артикул: 617596.01.99
В пособии изложена технология различных видов специальных бетонов, применяемых в современном строительстве. Приведены требования к сырьевым материалам, особенности расчета состава бетонов, данные по последним достижениям в технологии бетонов специального назначения, области их применения. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство» при углубленном изучении теоретического курса «Технология бетона и железобетонных изделий.
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет В. А. Шевченко ТЕХНОЛОГИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ БЕТОНОВ Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию в области строительства в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство», 09.11.2011 Красноярск СФУ 2012
УДК 666.9(07) ББК 38.626я73 Ш379 Рецензенты: Т. Н. Зиновьева, канд. техн. наук, зав. лабораторией бетона института «Красноярский Промстройниипроект»; А. Н. Желтов, директор по строительству ЗАО «Фирма Культбытстрой» Шевченко, В. А. Ш379 Технология и применение специальных бетонов: учеб. пособие / В. А. Шевченко. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 202 с. ISBN 978-5-7638-2513-8 В пособии изложена технология различных видов специальных бетонов, применяемых в современном строительстве. Приведены требования к сырьевым материалам, особенности расчета состава бетонов, данные по последним достижениям в технологии бетонов специального назначения, области их применения. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению 270100 «Строительство» при углубленном изучении теоретического курса «Технология бетона и железобетонных изделий. УДК 666.9(07) ББК 38.626я73 ISBN 978-5-7638-2513-8 Сибирский федеральный университет, 2012
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ........................................................................................................ 6 I. Теоретическая часть ............................................................................... 8 Глава 1. Основные сведения о бетонах ................................................... 8 1.1. Основные требования к бетонам .......................................... 9 1.2. Классификация бетонов ........................................................ 10 Глава 2. Высокопрочные бетоны ............................................................. 14 2.1. Материалы для приготовления высокопрочных бетонов .. 16 2.2. Расчет состава высокопрочного бетона ............................... 23 2.3. Технология изготовления высокопрочных бетонов ........... 26 2.4. Применение высокопрочных бетонов ................................. 31 Глава 3. Декоративные бетоны ................................................................ 42 3.1. Сырьевые материалы для декоративного бетона ............... 43 3.1.1. Пигменты для получения цветных цементов и декоративных бетонов ................................................ 44 3.1.2. Заполнители для декоративного бетона ....................... 48 3.2. Особенности технологии декоративных бетонов ............... 49 3.3. Изменение цвета декоративных бетонов при твердении .. 52 3.4. Пути снижения выцветов на поверхности бетонных изделий ................................................................................... 55 3.5. Применение декоративных бетонов .................................... 57 3.5.1. «Печатный» бетон ........................................................... 59 3.5.2. Искусственный камень ................................................... 66 Глава 4. Жаростойкие бетоны .................................................................. 71 4.1. Жаростойкий бетон на портландцементе ............................ 72 4.2. Жаростойкий бетон на глиноземистом и высокоглиноземистом цементах ...................................... 76 4.3. Жаростойкие бетоны на жидком стекле .............................. 79 4.4. Свойства жаростойких бетонов ............................................ 81 4.5. Расчет составов жаростойкого бетона ................................. 84 4.6. Материалы для жаростойких бетонов ................................. 88 4.7. Технология изготовления жаростойких бетонов ............... 90 4.8. Применение жаростойких бетонов ...................................... 91
Оглавление 4 Глава 5. Дисперсно-армированные бетоны ........................................... 95 5.1. Армирующие волокна и их свойства ................................... 99 5.2. Приготовление фибробетонных смесей .............................. 107 5.2.1. Бетоны, армированные стальными фибрами ............... 108 5.2.2. Бетоны, армированные неметаллическими волокнами ........................................................................ 115 5.3. Свойства дисперсно-армированных бетонов ..................... 116 5.4. Применение дисперсно-армированных бетонов ................ 119 Глава 6. Полимерцементные бетоны ...................................................... 123 6.1. Компоненты полимерцементных смесей ............................ 125 6.2. Особенности технологии полимерцементных бетонов ..... 130 6.3. Свойства полимерцементных бетонов ................................ 133 6.4. Применение полимерцементных бетонов ........................... 134 Глава 7. Полимербетоны ........................................................................... 138 7.1. Сырьевые материалы для полимерцементных бетонов .... 140 7.1.1. Связующее ....................................................................... 141 7.1.2. Заполнители и наполнители ........................................... 145 7.2. Особенности технологии изготовления полимербетонов 146 7.3. Свойства полимербетонов .................................................... 148 7.4. Применение полимербетонов ............................................... 149 Глава 8. Бетонополимеры .......................................................................... 152 8.1. Материалы для бетонополимеров ........................................ 154 8.2. Технология бетонополимеров .............................................. 157 8.3. Структура и свойства бетонополимеров ............................. 165 8.4. Применение бетонополимеров ............................................. 173 8.4.1. Ремонт железобетонных конструкций с помощью бетонополимеров ............................................................ 174 II. Лабораторный практикум .................................................................. 177 Лабораторная работа № 1 Расчет состава и изучение свойств высокопрочного бетона .............. 177 Задание 1. Расчет состава высокопрочного бетона ................... 179 Задание 2. Приготовление бетонной смеси и изготовление образцов ...................................................................... 182 Задание 3. Определение прочности бетонных образцов при сжатии .................................................................. 182
Оглавление 5 Лабораторная работа № 2 Изучение свойств декоративного бетона и раствора ........................... 184 Задание 1. Изготовление образцов декоративной штукатурки 185 Задание 2. Приготовление террацевых плиток .......................... 188 Лабораторная работа № 3 Изучение свойств жаростойких бетонов ................................................ 189 Задание 1. Определение величины температурной усадки или расширения ......................................................... 192 Задание 2. Определение остаточной прочности ........................ 193 Задание 3. Определение класса жаростойкого бетона .............. 194 Лабораторная работа № 4 Изучение свойств полимерцементного бетона ...................................... 195 Задание 1. Расчет состава полимерцементного раствора или бетона ................................................................... 196 Задание 2. Приготовление бетонной смеси и изготовление образцов ...................................................................... 196 Задание 3. Определение прочности бетонных образцов при сжатии и изгибе .................................................. 197 Библиографический список ..................................................................... 198
Введение 6 ВВЕДЕНИЕ Бетон и железобетон – основные материалы, используемые во всех отраслях строительства. Эти материалы широко применяют во всех странах для возведения самых разнообразных объектов. Ежегодное производство бетона на земном шаре превышает 2 млрд м3 и постоянно увеличивается. Общими предпосылками к широкому применению бетонов являются практически неисчерпаемые запасы сырья для производства вяжущих и заполнителей бетона; экологическая целесообразность использования отходов различных отраслей промышленности в качестве сырья для вяжущих и заполнителей; возможность снижения плотности бетона путем замены природных заполнителей искусственными пористыми; удовлетворение возрастающих и разнообразных требований гражданского и промышленного строительства, включая создание подземных, подводных и плавучих сооружений; низкая энергоемкость технологического процесса изготовления конструкций; сравнительная простота технологии; возможность придания изделиям из бетона любой формы и отделки; конструктивная совместимость бетона со многими строительными и отделочными материалами в целях придания железобетонным конструкциям требуемых эксплуатационных и архитектурных свойств; регулирование строительно-технических свойств путем применения различных модификаторов. В общей стоимости материальных ресурсов, потребляемых в капитальном строительстве, стоимость бетонных и железобетонных конструкций составляет около 25 %, что значительно превышает стоимость и объем других видов строительных конструкций. Бетон и железобетон вследствие своих физико-механических свойств, долговечности, технико-экономических показателей и наличия сырьевых ресурсов в обозримом будущем будут занимать ведущее место в капитальном строительстве как массовые материалы, обладающие большими потенциальными возможностями. Число модификаций бетона достигает многих десятков наименований. По назначению, или области применения, все бетоны можно разделить на две большие группы: бетоны общестроительные и бетоны специальные.
Введение 7 К группе бетонов общестроительного назначения относятся бетоны для изготовления конструкций массового назначения. К таким бетонам относятся, прежде всего, тяжелые бетоны классов В10…В25 как основной вид бетона для строительных изделий и конструкций массового производства. Для ограждающих конструкций широко используются бетоны легкие с плотностью от 800 до 1500 кг/м3, изготавливаемые с применением искусственных пористых заполнителей. Разновидностью легких бетонов являются бетоны ячеистые (пено- и газобетоны автоклавного и неавтоклавного твердения), которые также широко применяются для изготовления массовых видов изделий. Наряду с бетонами общестроительного назначения в практике строительства все шире применяются бетоны специальные, к которым можно отнести бетоны, получаемые с помощью специальных технологических приемов, либо бетоны, эксплуатируемые в специфических условиях. Такие условия также предполагают соблюдение определенных технологических приемов при изготовлении бетонов и конструкций и изделий на их основе. Следует отметить, что классификация бетонов по разным признакам носит условный характер и в разных источниках мнения различных авторов могут не совпадать. Однако в данном учебном пособии рассмотрены бетоны, которые по тем или иным признакам все-таки можно отнести к специальным, так как они отличаются определенными особенностями технологии, выбором сырьевых материалов и наличием специфических свойств. В эту группу отнесены бетоны высокопрочные, декоративные, жаростойкие, дисперсно-армированные и три вида бетонов, изготовление которых предполагает наличие полимеров, – это полимерцементные бетоны, полимербетоны и бетонополимеры. Применение бетонов этой группы постоянно расширяется в связи с возрастающими потребностями строителей, конструкторов, архитекторов. Поэтому овладение знаниями по технологии их изготовления и выбору рациональных областей использования является необходимым дополнением к основному курсу дисциплины «Технология бетона».
I. Теоретическая часть 8 I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Глава 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНАХ Бетонами называются искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания смеси вяжущего материала, воды, мелкого и крупного заполнителей и специальных добавок (в определенных пропорциях), тщательно перемешанной и уплотненной. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью. Вяжущее вещество и вода являются активными компонентами бетона, так как в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителя в единый монолит. Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое взаимодействие с цементом и водой, поэтому их часто называют инертными материалами. Заполнители образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызываемую усадкой цементного камня при твердении, а также влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. За счет заполнителей в бетоне значительно уменьшаются деформации при твердении, что позволяет получать большеразмерные изделия и конструкции. В качестве заполнителей преимущественно используют местные горные породы и отходы различных отраслей промышленности (топливные и металлургические шлаки и др.). Применение этих дешевых заполнителей снижает стоимость бетона, так как заполнители и вода составляют 85–90 %, а цемент 10–15 % от массы бетона. Применение пористых заполнителей, природных и искусственных, позволяет снизить плотность бетона и улучшить теплофизические показатели. Для регулирования свойств бетонной смеси и бетона в их состав вводят различные добавки либо в виде химических веществ, либо в виде активных минеральных компонентов, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют схватывание и твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, регулируют собственные деформации бетона, возникающие при его твердении, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.
Глава 1. Основные сведения о бетонах 9 1.1. Основные требования к бетонам В зависимости от назначения бетоны должны удовлетворять определенным требованиям. Бетоны для обычных железобетонных конструкций должны иметь заданную прочность, главным образом, при сжатии. Для конструкций, эксплуатируемых на открытом воздухе, обязательной характеристикой должна быть морозостойкость. Бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усадкой, стойкостью против выщелачивающего действия фильтрующих вод, а в ряде случаев стойкостью по отношению к действию минерализованных вод и незначительно выделять теплоту при твердении. Бетоны для стен отапливаемых зданий и легких перекрытий должны обладать необходимой прочностью, теплопроводностью. Бетоны для полов должны иметь малую истираемость и достаточную прочность при изгибе, а бетоны для дорожных и аэродромных покрытий дополнительно иметь высокую водонепроницаемость и морозостойкость. К бетонам специального назначения предъявляются требования, обусловленные особенностью их службы. Ко всем бетонам и бетонным смесям предъявляются следующие общие требования: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции или сооружения в эксплуатацию; по возможности расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными. Получить бетон, удовлетворяющий всем поставленным требованиям, можно при правильном проектировании состава бетона, надлежащем приготовлении, укладке и уплотнении бетонной смеси, а также при оптимальном выдерживании бетона в начальный период его твердения. Многообразие вяжущих веществ, заполнителей, химических и активных минеральных добавок, а также использование технологических приемов позволяет получать бетоны с самыми разнообразными свойствами.
I. Теоретическая часть 10 1.2. Классификация бетонов В настоящее время номенклатура бетонов постоянно расширяется. Разобраться в их многообразии позволяет классификация бетонов, в основу которой положен ряд признаков: средняя плотность, вид вяжущего, вид заполнителей, структура, способ твердения, технология изготовления и назначение. Основную классификацию бетонов производят по плотности, зависящей, главным образом, от плотности цементного камня, вида заполнителей и структуры бетона. С этим связаны основные свойства бетона – прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность и др. В зависимости от плотности бетоны подразделяются на пять видов: 1) особо тяжелые, содержащие такие тяжелые заполнители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), железные руды или барит (баритовый бетон), плотность таких бетонов выше 2500 кг/м3; 2) тяжелые (обычные) плотностью 2100…2500 кг/м3, содержащие плотные заполнители (кварцевый песок, щебень или гравий из плотных горных пород – гранита, диабаза, известняка); 3) облегченные плотностью 1800…2100 кг/м3, содержащие заполнитель из доменного или топливного шлака или кирпичного боя; 4) легкие плотностью 500…1800 кг/м3, приготовленные на пористых заполнителях (пемза, шлак, туф, керамзит), обычной плотной структуры или крупнопористые; 5) особо легкие – пористые, ячеистой структуры (пенобетоны или газобетоны) или крупнопористые с легкими заполнителями, плотностью менее 500 кг/м3. В зависимости от вида вяжущих веществ различают бетоны цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, полимерцементные и специальные. Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях (около 65 % от общего производства), применяемые для различных видов конструкций и условий их эксплуатации; успешно используются бетоны на шлакопортландцементе (около 20 ... 25 %) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, изготовляемые на белом и цветных цементах; бетоны для
Глава 1. Основные сведения о бетонах 11 самонапряженных конструкций – на напрягающем цементе; бетоны для специальных целей, получаемые на особых видах цемента глиноземистом, безусадочном и т. д. Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементнопуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостокостью и имеющие более широкую область применения (объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов и др.). Шлакощелочные бетоны изготавливают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, акриловые, карбамидные и др.) или мономеры (фурфуролацетоновый и др.), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация и т. д.). Полимерцементные бетоны изготовляют на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества. В качестве полимера используют в основном водорастворимые смолы и латексы. Свойства бетонов на неорганических вяжущих можно улучшать путем пропитки мономерами с последующим их отверждением в порах и капиллярах бетона. Подобные материалы называют бетонополимерами. Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное, магнезиальное и другие связующие. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые, стеклощелочные и др., полученные из отходов промышленности, что имеет важное значение для экономии цемента и охраны окружающей среды. По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных, пористых и специальных заполнителях. По структуре бетоны бывают с плотной, плотной с ячеистым заполнителем, ячеистой и крупнопористой (зернистой) структурой (рис. 1.1).
I. Теоретическая часть 12 а б в г Рис. 1.1. Основные типы структуры бетона: а – плотная; б – плотная с ячеистым заполнителем; в – ячеистая; г – зернистая Плотная структура состоит из сплошной матрицы цементного камня, в которую вкраплены зерна плотного заполнителя, достаточно прочно связанные с цементным камнем. Прослойка между зернами заполнителя, в которой он находится либо в плавающем, либо в контактирующем состоянии, может быть разной толщины. Соответственно в первом случае прочность бетона зависит в основном от прочности цементной матрицы, а во втором – от механических характеристик заполнителя. Плотная с ячеистым заполнителем структура также состоит из сплошной матрицы, но в нее вкраплен пористый заполнитель. При этом цементный камень проникает в поры и неровности заполнителя, чем обеспечивается их прочное сцепление , и основную прочность несет матрица, которая служит как бы каркасом в системе. Ячеистая структура представляет собой матрицу с пустотами, причем пустоты могут быть либо замкнутыми, либо сквозными в зависимости от способа поризации (пено- или газообразующими добавками). Зернистая структура (крупнопористая) представляет собой совокупность скрепленных между собой зерен крупного заполнителя без включения песка. Пористость такого материала непрерывна, т. е. воздушные поры сообщаются друг с другом. Наибольшей прочностью из четырех видов структур обладают плотные структуры бетона. По условиям твердения бетоны подразделяются: • на бетоны естественного твердения (при положительных или отрицательных температурах);
Глава 1. Основные сведения о бетонах 13 • бетоны ускоренного твердения (в условиях температур выше 20оС при нормальном или избыточном атмосферном давлении). По способу изготовления бетоны делятся: • на монолитные, из которых изготавливают изделия и конст рукции на месте их постоянной последующей эксплуатации; • сборные, из которых изделия и конструкции изготавливают в одном месте, чаще всего на заводах ЖБИ, а монтируют из них здания и сооружения на строительной площадке. По назначению бетоны делятся на следующие виды: • бетоны общестроительного назначения для железобетонных конструкций массового назначения (фундаменты, колонны, балки, перекрытия и др.); • гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки ка налов, водопроводно-канализационных сооружений и т. п.; • бетон для ограждающих конструкций (стены и легкие пере крытия); • бетоны специального назначения. Далее рассмотрим бетоны, которые можно считать специальными в зависимости от специфики выбора сырьевых материалов и технологии их изготовления либо от особенностей условий их эксплуатации.