Материалы для тяжелого бетона

Материалы для тяжелого бетона влияют на его состав, свойства и  прочностные характеристики, поэтому к ним предъявляются соответствующие требования качества.

Состав статьи:

1. Добавки в бетонную смесь.
2. Песок для бетонов.
3. Гравий  для бетона.
4. Щебень для бетона.

Тяжелый бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений  мостов и других несущих элементов и конструкций промышленных и жилых зданий и инженерных сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной.

При использовании в не защищенных от внешней среды конструкциях бетон должен иметь повышенные плотность, морозостойкость и коррозиестойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются соответствующие требования к составляющим его материалам, которые предопределяют его состав и свойства, оказывают влияние на технологию производства изделий, их долговечность и экономичность.

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент, пластифицированный портландцемент, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочности, морозостойкости, химической стойкости, водонепроницаемости и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации.
Марку цемента выбирают в зависимости от проектируемой прочности бетона при сжатии( таблица-1)

Таблица-1. Прочность бетона в зависимости от при меняемой марки цемента

Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая вода, а также любая вода которая не содержит вредных примесей ( кислот, жиров, сульфатов, сахара, растительных масел). Вредные примеси ( перечисленные выше) препятствуют нормальному твердению бетона.

Нельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель рН менее 4 и содержащие сульфаты в расчете на ионы SO более 2700 мг/л и всех других солей более 5000 мг/л. Морскую и другую воду, содержащую минеральные соли, можно применять, если общее количество солей в ней не превышает 2%. Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной воде и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут при хранении в нормальных условиях. Воду считают пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньше, чем у образцов на чистой питьевой воде.

Добавки к бетону

К добавкам для бетонов относятся неорганические и органические вещества или их смеси, за счет введения которых в контролируемых количествах
направленно регулируются свойства бетонных смесей и бетонов либо бетонам придаются специальные свойства. В основу классификации добавок для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки для бетонов делят на следующие группы:

1.Регулирующие реологические свойства бетонных смесей.
К ним относятся пластифицирующие, увеличивающие подвижность бетонных смесей; стабилизирующие, предупреждающие расслоение, и водоудерживающие, уменьшающие водоотделение.

2.Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов. К ним относятся добавки, замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, и противоморозные, т. е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных темпера турах.

3.Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бе тона. К ним относятся воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие (воздухо-удаляющие или кольматирующие поры бетона).

4.Добавки, придающие бетону специальные свойства: гидрофобизующие, уменьшающие смачивание, повышающие противо радиационную защиту, жаростойкость; антикоррозионные, т. е. увеличивающие стойкость в агрессивных средах; ингибиторы коррозии стали, улучшающие защитные свойства бетона к стали; добавки, повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства.

5.Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов: пластифицирующе-воздухововлекающие;пластифицирующие, повышающие прочность бетона, и газообразующие-пластифицирующие.

6.Минеральные порошки — заменители цемента. К этой группе относятся тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5…20%. Это золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др., придающие бетону специальные свойства (жаростойкость, электропроводимость, цвет и др.).
В качестве пластифицирующих добавок наибольшее распространение получили поверхностно-активные вещества (ПАВ).

Поверхностно-активные добавки представляют собой особую группу органических веществ, введение которых в бетонные (растворные) смеси позволяет существенно улучшить их удобоукладываемость. Вместе с тем поверхностно- активные добавки позволяют уменьшить водоцементное отношение и соответственно сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий. Использование поверхностно-активных добавок в малых
дозах (0,05…0,2% от массы цемента) позволяет на 8.. 12% уменьшать удельный расход цемента в бетонах и растворах.

Вместе с тем поверхностно-активные добавки повышают водонепроницаемость, морозостойкость, коррозиеустойчивость и вообще долговечность материалов в конструкциях. Этим самым применение поверхностно-активных добавок способствует повышению эффективности капиталовложений в строительство. По указанным причинам поверхностно-активные добавки в цементно-бетонной технологии приобретают все большее значение как у нас, так и за рубежом.

Действие поверхностно-активных добавок на цементные системы основано на следующих положениях физической химии.Поверхностно-активные вещества способны повышать поверхностное натяжение у поверхности раздела фаз, например на границах раздела фаз вода — твердое тело, вода — воздух. Мельчайшие частицы поверхностно-активных веществ адсорбируются, т. е. прочно связываются с внутренней поверхностью раздела тел, образуя на этих поверхностях молекулярные слои толщиной в одну молекулу.

Величина этого адсорбционного слоя относится к диаметру цементной частицы так же, как толщина спички к высоте 30-этажного здания. Однако применение в малых дозах добавок поверхностно-активных веществ к цементным системам существенно меняет свойства их.
Поверхностно-активные добавки, используемые в цементах, растворах и бетонах, по определяющему эффекту действия на цементные системы можно условно разделить на три группы: гидрофилизующие, гидрофобизующие и воздухововлекающие.

Гидрофилизующие добавки при затворении вяжущего водой предотвращают на определенный срок слипание отдельных цементных частиц между собой. В этом случае несколько замедляется коагуляция новообразований, а вместе с тем высвобождается некоторое количество воды, которое обычно как бы застревает в коагуляционных структурах.

По этой причине требуемая удобоукладываемость смеси с добавкой достигается при меньшем количестве воды затворения, чем у смеси без добавки. Наибольшее распространение получили гидрофилирующие добавки на основе лигносульфатов —сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ). Эта добавка несколько замедляет твердение бетона в раннем возрасте и поэтому на заводах ЖБИ ее применяют в сочетании с добавками — ускорителями твердения.

Суперпластификаторы — новые эффективные разжижители бетонной смеси — в большинстве случаев представляют синтетические полимеры — производные меламиновой смолы или нафталинсульфокислоты. Применяют суперпластификатор С-3 (НИИЖБ) — на основе нафталинсульфокислоты, суперпластификатор 10-03 (ВНИИЖелезобетон) — продукт конденсации сульфированного меламина с формальдегидом и др. При введении в бетонную смесь суперпластификатора резко увеличивается ее подвижность и текучесть. Воздействуя на бетонную смесь,как правило, в течение 2…3 ч с момента введения, суперпластификаторы под действием щелочной среды подвергаются частичной деструкции и переходят в другие вещества, безвредные для бетона и не тормозящие процесса твердения.

Суперпластифика торы, вводимые в бетонную смесь в количестве 0,15…1,2% от массы цемента, разжижают бетонную смесь в большей мере, чем обычные пластификаторы. Пластифицирующий эффект сохраняется, как правило, 1…2 ч после введения добавки, а через 2…3 ч он уже невелик. Суперпластификаторы используются в бетонах как единолично, так и в комплексе с другими добавками, например с сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) и нитрит-нитрат-хлоридом кальция (ННХК). При использовании комплексной добавки содержание каждой добавки составляет:«10-03»— 0,3.- 1,2%;ННХК—1,5…2,5%и СДБ—0,1…1,15%от массы цемента.

Суперпластификаторы позволяют существенно снизить В/Ц, повысить подвижность смеси, изготовить изделия высокой прочности, насыщенных арматурой из изопластичных смесей. Гидрофобизующие добавки, как правило, существенно повышают нерасслаиваемость, связанность бетонной (растворной) смеси, находящейся в покое. При действии внешних механических факторов (при перемешивании, укладке и т. д.) бетонная или растворная смесь с добавкой отличается повышенной пластичностью.

Такое свойство гидрофобизующих смесей объясняется специфическим смазочным действием тончайших слоев поверхностно-активных веществ, распределяемых в смеси. Кроме того, эти добавки предохраняют цементы от быстрой потери активности при перевозке или хранении. В качестве гидрофобизующих добавок раньше применялись в основном природные продукты — некоторые животные жиры, алеиновая и стеариновая кислоты. Развитие химической промышленности дало возможность широко использовать новые гидрофобизующие добавки— битумные дисперсии (эмульсии и эмульсосуспензии), нафтеновые кислоты и их соли, окисленные, синтетические жирные кислоты и их кубовые остатки, кремнийорганические полимеры и др.

Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетонные(растворные) смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность смеси, обычно увеличивают объем вяжущего теста. Вовлекая воздух, увеличивается объем вяжущего теста без введения лишнего цемента. Поэтому удобоукладываемость такой системы повышается. К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные слои, активные в смазочном отношении. Широко применяют воздухововлекающие добавки на основе смоляных кислот: смолу нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), омыленный древесный пек и др.

К ускорителям твердения цемента,увеличивающим нарастание прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и др.Влияние хлористого кальция на повышение прочности бетона объясняется его каталитическим воздействием на гидратацию C3S и C2S, а также реакцией с С3А и C4AF.

Ускорители твердения не рекомендуется применять в железобетонных конструкциях и предварительно напряженных изделиях с диаметром арматуры менее 5 мм и для изделий автоклавного твердения, эксплуатирующихся в среде с влажностью более 60%. Сульфат натрия может вызвать появление высолов на изделиях.
В нитрит-нитрат-хлориде кальция ускоряющее действие хлорида сочетается с ингибирующим действием нитрата кальция.
Противоморозные добавки — поташ, хлорид натрия, хлорид кальция и др. — понижают точку замерзания воды, чем способствуют твердению бетона при отрицательных температурах. Для замедления схватывания применяют сахарную патоку и добавки СДБ, ГКЖ-10 и ГКЖ -94.

Пено- и газообразователи применяют для изготовления ячеистых бетонов. К пенообразователям относятся клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые добавки, а также пенообразователь ГК. В качестве газообразователей применяют алюминиевую пудру ПАК-3 и ПАК-4.

Комбинированные добавки, например пластификатор СДБ, ускоритель твердения (хлористый кальций) с ингибитором (нитратом натрия), способствуют экономии цемента. При этом ускоритель твердения нейтрализует некоторое замедление твердения смеси в раннем возрасте.
Специальные добавки обеспечивают получение водонепроницаемых растворов или бетонов, регулируют сроки схватывания и др.