Технология бетона, строительных изделий и конструкций


ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОЗНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА М. Д. МИЛЛИОНЩИКОВА»




ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНА, СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ


Рекомендовано ученым советом ФГБОУ ВО «ГГНТУ им. акад. М. Д. Миллионщикова» в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Строительство»














Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2022

УДК 691.3
ББК 38.3
     Т38

    ______________ Авторы:
    [Баженов Ю. М.[ Муртазаев С.-А. Ю., Сайдумов М. С., Аласханов А. X.

Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой строительного производства, директор института архитектуры, строительства
и дизайна КБГУ им. X. М. Бербекова Хежев Толя Амирович;
доктор технических наук, профессор кафедры строительного материаловедения, изделий и конструкций БГТУ им. В. Г. Шухова
Лесовик Руслан Валерьевич

Т38 Технология бетона, строительных изделий и конструкций : учебник / [Баженов Ю. М. и др.]. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 480 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-0993-3

    Рассмотрены вопросы подбора сырьевых материалов для бетона и технологии приготовления обычных (традиционных) и особых (специальных) видов бетонов, применяемых в современном монолитном и сборном строительстве. Особое внимание уделено изучению основных процессов структурообразования цементного композита, исследованию свойств бетонной смеси и цементного камня, а также изучению особенностей технологий армирования, формования, уплотнения и тепловлажностной обработки бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Представлены зависимости основных свойств бетонных смесей и бетонов от различных факторов.
    Для студентов, обучающихся по направлению подготовки «Строительство», может быть полезно аспирантам, инженерно-техническим работникам и организаторам производства строительной индустрии.

                                                             УДК 691.3
                                                             ББК38.3







ISBN 978-5-9729-0993-3

     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
     © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, ТЕРМИНОВ


СОКРАЩЕНИЯ
    АКП - арматура композитная полимерная
    АСК - арматура стеклокомпозитная
    АБК - арматура базальтокомпозитная
    АУК - арматура углекомпозитная
    ААК - арматура арамидокомпозитная
    АКК - арматура комбинированная композитная
    БСУ - бетоносмесительный узел
    БСЦ - бетоносмесительный цех
    БТЦ - быстротвердеющий цемент
    В - вода затворения
    ВНВ - вяжущие низкой водопотребности
    ВПБ - высокопрочный бетон
    В/Ц - водоцементное отношение
    В/Т - водотвердое отношение
    ГПЦВ - гипсоцементно-пуццолановое вяжущее
    ГКЖ - гидрофобизирующая кремнийорганическая жидкость
    ГСАК - гидросульфоалюминат кальция
    ГМДА - гексаметилендиамин
    Д - добавка
    ДСК - домостроительный комбинат
    ЖБК - железобетонная конструкция
    ЖБИ - железобетонное изделие
    КМ - каменная мука
    КФА - кремнефторид аммония
    КФН - кремнефторид натрия
    ЛСТ - лигносульфонат технический
    ЛСТМ - лигносульфонат технический модифицированный
    ЛЭП - линия электропередачи
    МГСУ - Московский государственный строительный университет
    МИСИ - Московский инженерно-строительный институт
    МК - микрокремнезем
    МН - минеральный наполнитель
    Н - наполнитель
    ННК - нитрит-нитрат кальция
    НК - нитрат кальция
    НГ - нормальная густота (цементного теста)
    НЦ - напрягающийся цемент
    НМ - нафтенат меди
    НИИЖБ - научно-исследовательский институт бетона и железобетона
    ОК - осадке конуса (бетонной смеси)

3

    ОВПБ - особо высокопрочный бетон
    ОТДВ - особо тонкодисперсные вяжущие
    ОБТЦ - особо быстротвердеющий цемент
    ОБД - объемно-блочное домостроение
    ПАВ - поверхностно-активные вещества
    ПАЩ - пластификатор адипиновый щелочной
    ПВА - поливинилацетат
    ПЦ - портландцемент
    ППЦ - пуццолановый портландцемент
    П - песок
    П/Щ - песчанощебонистое отношение (в бетоне)
    ПГЭН - пластифицирующая и газообразующая добавка на основе лигносульфонатов и полигидросилоксанов или этилгидросеквиоксана
    ПХФ - пентахлорфенол
    ПХФН - пентахлорфенолят натрия
    РААСН - Российская академия архитектуры и строительных наук
    РБУ - растворобетоносмесительный узел
    РСМ - ремонтный состав модифицированный
    РПА - роторно-пульсационный аппарат
    С - смола
    СВИТАП - солнцевоспринимающее и теплоаккумулирующее покрытие
    СДБ - сульфитно-дрожжевая бражка
    СДО - смола древесная омыленная (добавка к бетону)
    СП - суперпластификатора
    СПЦ - сульфатостойкий портландцемент
    СПЦД - сульфатостойкий портландцемент с добавками
    СПД - синтетическая полимерная добавка
    СШПЦ - сульфатостойкий шлакопортландцемент
    СНВ - смола нейтрализованная воздухововлекающая
    СН - сульфат натрия
    СМП - сборно-монолитное перекрытие
    СУБ - самоуплотняющийся бетон
    ТВО - тепло-влажностная обработка
    ТУ - технические условия
    ТМЦ - тонкомолотый многокомпонентный цемент
    ТЭЦ - теплоэлектроцентраль
    ТЭН - трубчатый электрический нагреватель
    УПБ - упаренная последрожжевая барда (пластификатор для бетона)
    ФХМ - фторохромомышьяк
    ФН - фторид натрия
    ХК - хлорид кальция
    ХМ - хромат меди
    ХЦ - хлорид цинка
    ХХЦ - хромированный хлорид цинка

4

    Ц - цемент
    Ц/В - цементноводное отношение
    ЦТ - цементное тесто
    ШПЦ - шлакопортландцемент
    Щ- щебень
    ЭВМ - электронно-вычислительная машина
    ЭД - эпоксидно-диановая смола
    ЭКС - эмульсия с добавлением кальцинированной соды


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ


    C3S - ЗСаО-ЗЮг - трехкальциевый силикат в составе цементного клинкера, называемый «алит». C3S является одним из четырех основных клинкерных минералов;
    C2S - белит - 2СаО-8Юг - двухкальциевый силикат в составе цементного клинкера, называемый «белит». C2S является одним из четырех основных клинкерных минералов;
    СзА - ЗСаО'АЬОз - алюминатная фаза цементного клинкера. СзА является одним из четырех основных клинкерных минералов;
    C4AF - 4CaO-Al₂O₃-Fe₂O₃ - алюмоферритная фаза цементного клинкера. C4AF является одним из четырех основных клинкерных минералов;
    C-S-H (I) - гидросиликаты кальция низкой основности, имеющие состав (0,8-1,5) CaO-SiO2'(l-2,5)H2O (обозначение по Тейлору);
    C-S-H (II) - гидросиликаты кальция более высокой основности, имеющие состав (1,5-2) CaO-SiO2-nH2O (обозначение по Тейлору).


5

ВВЕДЕНИЕ


СВЕТЛОЙ ПАМЯТИ
                              ЮРИЯ МИХАЙЛОВИЧА БАЖЕНОВА ПОСВЯЩАЕТСЯ...

(25.03.1930 -13.12.2020)

    Основным массовым строительным материалом для возведения зданий и сооружений в настоящее время остается бетон и железобетон, во многом определяющие уровень развития цивилизации. Как отмечают ведущие ученые-материаловеды, данный композиционный материал в обозримом будущем несосмненно будет сохранять лидирующие позиции в области строительства. Так, из различных источников известно, что в XX веке в одной только России было произведено более 23 млрд тонн бетона.
    В настоящее время отечествеными и зарубежными учеными разработаны сотни разновидностей бетона и других композиционных материалов гидратационного твердения. Наряду с традиционными бетонами широкое применение получают такие новые высококачественные бетонные композиты как высокопрочные, безусадочные, расширяющиеся, напрягающие и другие особые виды бетонов, в том числе композиты на основе новых комплексных или наполненных вяжущих. При этом, как показывает опыт, на фоне массового перехода на высотное и уникальное строительство во всем мире с каждым годом растет объем производства и внедрения таких высококачественных бетоных композитов.
    Наиболее перспективными среди выше представленных композиционных материалов для возведения зданий и сооружений во всем мире, включая и регионы с сейсмической активностью, являются многокомпонентные бетоны, технология получения и характеристики которых существенно отличаются от составов и свойств обычных бетонов. При этом, технологию получения таких бетонов стремятся свести к концепции устойчивого развития вопросов энерго- и ресурсосбережения, характеризующейся получением долговечных «зеленых композитов», требующих в процессе эксплуатации минимальных затрат на ремонт, с высоким уровнем использования местных сырьевых материалов и минимальной их транспортировкой.
    Если вопросы эффективного использования в бетонах низких и средних классов местного сырья, включая и техногенные продукты, в какой-то степени решены и имеются конкретные практические рекомендации, то для многокомпонентных высококачественных бетонов для строительства, где необходимо учитывать ряд факторов, влияющих на их качество, - в настоящее время требуют особого внимания и раскрытия. И благодаря современным технологическим приемам и подходам приготовления бетонов и сырьевых материалов и полуфабрикатов можно эффективно управлять не только их физико-механическими или эксплуатационными показателями, но и технологическими и реологическими свойствами бетонных смесей, такими как подвижность, жизнеспособность, без-усадочность, обеспечение необходимой прочности в раннем возрасте и т. д. Современные подходы к подбору оптимальных рецептур бетонов позволяют уже

6

на стадии их проектирования и эксплуатации обеспечить требуемые параметры долговечности - ударо-, износо-, морозостойкость, водонепроницаемость и т. д. Подобные требования возможно выполнить благодаря, в первую очередь, современным химическим добавкам - модификаторам структур бетонной смеси и бетона.
    Известно, что в сравнении с традиционными составами бетонов к многокомпонентным высококачественным бетонным композитам полифункционального назначения, включая монолитное высотное строительство, предъявляются более высокие требования по качеству сырьевых материалов, однородности и стабильности их составов, надежности и устойчивости конструкций и т. д. Для бетонов, эксплуатируемых в сейсмоактивных регионах, вопрос подбора состава и проектирования свойств будущего композита, требует еще большего внимания. Такие бетоны должны отличаться повышенной прочностью, пластичностью и завидной долговечностью. К тому же по своему технологическому содержанию производство бетонов гидратационного твердения - это достаточно сложное химическое взаимодействие компонентов, поскольку процессы структурообразования бетона обусловлены сложными химическими реакциями, поэтому физико-механические, эксплуатационные и другие характеристики бетонного камня во многом зависят от качества исходных сырьевых материалов. Отсюда верно следует необходимость жесткого контроля качества сырья для бетона, и на всех технологических переделах его производства.
    В настоящем учебнике раскрыты основные вопросы и принципы получения различных видов строительных композиционных материалов, включая многокомпонентных высококачественных бетонов и ремонтных составов, технологию подбора сырьевых материалов, переработки техногенного сырья с получением вторичных материалов и их использования. Кроме того, представлены технологические решения по армированию, формованию и тепловлажностной обработки выше обозначенных строительных бетонных композитов. В отдельных разделах дано описание технологий производства объемно-блочных железобетонных изделий, сборно-монолитных конструкций, композиционных материалов в виде многослойных строительных систем, в том числе деревянных клееных конструкций, асбестоцементных изделий и т. д.
    Для полноценного закрепления студентом изучаемого материала после каждой главы представлены контрольные вопросы и задачи по тематике раздела.
    Учебник предназначен для магистрантов и бакалавров, обучающихся по направлению подготовки «Строительство», профиль подготовки «Производство строительных материалов, изделий и конструкций», а также может быть полезен аспирантам, инженерно-техническим работникам и организаторам производства строительной индустрии.

7

    РАЗДЕЛ I
    МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ БЕТОНА


   ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

    1.1. Основные понятия о бетонах
   Основным материалом для возведения разнообразных строительных конструкций в настоящее время и в обозримом будущем является бетон. Это связано с расширением понятия «бетон» [1].
   Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества с водой (реже без воды), мелкого и крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью [2].
    Бетон - один из древнейших строительных материалов. Из него построены галереи египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии. Древнего Рима и в других местах. Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организаций промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность.
    В настоящее время в строительстве широко используют бетоны, приготовленные на цементах или других неорганических вяжущих веществах. Эти бетоны обычно затворяют водой. Цемент и вода являются активными составляющими бетона: в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит (Для некоторых разновидностей особых видов бетона используют органические вяжущие вещества: битумы, полимеры и мономеры).
   Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия (за исключением силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой), поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Од

8

нако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, изменяя его пористость, сроки затвердевания, поведение при воздействии нагрузки и внешней среды. Заполнители значительно уменьшают деформации бетона при твердении и тем самым обеспечивают получение большеразмерных изделий и конструкций. В качестве заполнителей используют преимущественно местные горные породы и отходы производства (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 [3, 17].
    В последние годы в строительстве широко используют легкие бетоны, получаемые на искусственных пористых заполнителях. Пористые заполнители снижают плотность бетона, улучшают его теплотехнические свойства. Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.
    Бетоны на минеральных вяжущих веществах являются капиллярно-пористыми телами, на структуру и свойства которых заметное влияние оказывают как внутренние процессы взаимодействия составляющих бетона, так и воздействие окружающей среды.
    В течение длительного времени в бетонах происходит изменение поровой структуры, наблюдается протекание структурообразующих, а иногда и деструктивных процессов и как результат - изменение свойств материала. С увеличением возраста бетона повышаются его прочность, плотность, стойкость к воздействию окружающей среды. Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией приготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения бетона. Все эти факторы учитывают при проектировании состава бетона и производстве конструкций на его основе.
    На органических вяжущих веществах (битум, синтетические смолы и т. д.) бетонную смесь получают без введения воды, что обеспечивает высокую плотность и непроницаемость бетонов. Многообразие вяжущих веществ, заполнителей, добавок и технологических приемов позволяет получать бетоны с самыми разнообразными свойствами [4].
    Бетон является хрупким материалом: его прочность при сжатии в несколько раз выше прочности при растяжении. Для восприятия растягивающих напряжений бетон армируют стальными стержнями, получая железобетон. В железобетоне арматуру располагают так, чтобы она воспринимала растягивающие напряжения, а сжимающие напряжения передавались на бетон. Совместная работа арматуры и бетона обусловливается хорошим сцеплением между ними и приблизительно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения [5-8].
    Бетон предохраняет арматуру от коррозии. Бетонные и железобетонные конструкции изготовляют либо непосредственно на месте строительства - моно

9

литный бетон и железобетон, либо на заводах и полигонах с последующим монтажом на строительной площадке - сборный бетон и железобетон.
    Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют в требуемом направлении и другие свойства бетона.
    Таким образом, бетон - основной строительный материал. Ему можно придавать в широких пределах разнообразные свойства: прочность, плотность, теплопроводность ит.д.
    К основным свойствам бетона относят прочность, плотность, водопоглоще-ние, влажность, морозостойкость, истираемость и др.
    В таблице 1.1 приведены расчетные формулы основных свойств строительных материалов.


Таблица1.1
Расчетные формулы основных свойств материалов____

Свойство           Ед.  Расчетная формула          Пояснение к формуле       
                  изм.                                                       
Истинная          кг/м3        II           m - масса сухого материала;      
плотность                      ^ls          V - объем в плотном состоянии    
Средняя плотность кг/м3 m                   V1 - объем материала с учетом пор
                        Р = у               и пустот                         
Насыпная          кг/м3 m                   Vh - объем материала             
плотность                    Рн = '         в рыхло-насыпном состоянии       
Пористость        %     п = 11 - Р1         рир0 - истинная и средняя        
                            1   Ро )        плотности материала              
Влажность         %       W= mB - m   100   m - масса сухого материала;      
                                            тв - масса влажного материала    
Водопоглощение    %     Wm = mH - m   •100  тн - масса насыщенного водой     
по массе                                    материала                        
                                            V - объем материала;             
Водопоглощение    %     Wy = mH - m   •100  тн - масса насыщенного водой     
по объему                                   материала                        
                        F                   F - разрушающая нагрузка;        
Предел прочности  МПа         R = т         S - расчетная площадь сечения    
                                о           образца                          

    Основными направлениями развития технологии бетона при этом будут следующие: повышение эффективности и качества сборных железобетонных конструкций и изделий, снижение их металлоемкости и трудоемкости их производства; разработка и организация массового производства эффективных видов вя


10