Курс лекций РостовнаДону 2011 министерство образования и науки рф фгаоу впо институт архитектуры и искусств
 Скачать 1.63 Mb.
|
|
По средней плотности – особо тяжелые плотностью более 2500 кг/м 3 ; тяжелые – 2200…2500 кг/м 3 , облегченные – 1800…2200 кг/м 3 , легкие – 500…1800 кг/м 3 , особо легкие – менее 500 кг/м 3 . Плотность бетонов может быть от 200 до 4500 кг/м 3 и более, а пористость может быть очень большой у особо лёгких бетонов – 70…80% и незначительной – у особо тяжёлых и тяжёлых бетонов – 8…10%. 2. По назначению и области применения бетоны разделяют на: конструкционные, обладающие необходимыми механическими и теплофизическими и другими свойствами для обеспечения эксплуатационных качеств ограждающих конструкций; специальные, обладающие особыми свойствами – теплоизоляционные, жаростойкие, химически стойкие, радиационнозащитные, декоративные. 3. По виду вяжущего бетоны разделяют на: цементные, имеющие широкое распространение; силикатные (автоклавного твердения), на основеизвестково-кремнеземистого вяжущего; гипсовые; смешанные цементно-известковые, известково- шлаковые и другие; полимерные, полимерцементные и бетонополимеры. В зависимости от используемого вяжущего в названии бетона используют приставку, например – гипсобетон, 73 силикатный бетон – или следующее уточнение – бетон на шлако- щёлочном вяжущем. В случае использования в бетоне портландцемента в его названии не используется приставка, уточняющая вид цемента, т.е. употребляют просто слово «бетон». 4. По виду заполнителя различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защита от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.). В правильно подобранной бетонной смеси расход цемента составляет 8 – 15%, а заполнителей – 80 – 85% (по массе). Поэтому свойства бетона зависят не только от вида вяжущего, но и от вида заполнителей. В качестве заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности, например, дробленные и гранулированные металлургические шлаки, характеризующиеся сравнительно невысоким уровнем затрат на их производство. 9.1.2.Технология По способу изготовления строительные конструкции подразделяют на монолитные и сборные. При возведении монолитных конструкций (фундаментов, стен, перекрытий, гидротехнических сооружений, дорожных покрытий) бетонную смесь приготавливают на строительной площадке или заводе (товарный бетон) и транспортируют к месту укладки в опалубку, где бетон твердеет в естественных условиях. Сборные конструкции (балки, плиты, колонны, панели, фермы и т.д.) получают на специализированных заводах стройиндустрии (ЖБИ, ЖБК, КСМ, ККПД), откуда их транспортируют на строительную площадку для монтажа. 74 Бетоны и их состав подбирают на основании следующих данных: условий эксплуатации будущей конструкции; показателей качества используемых компонентов; проектируемого класса бетона; требуемой подвижности бетонной смеси, которую выбирают в зависимости от размеров, густоты армирования и способа уплотнения бетонируемой конструкции. Правильность выбора и контроль качества бетона осуществляют в строительных лабораториях. На долю заполнителей в растворах и бетонах приходится до 80 % объема, поэтому свойства и экономичность бетона зависят от вида и грансостава заполнителей. Их введением можно изменить свойства искусственного камня: повысить прочность, используя плотные горные породы; снизить плотность и теплопроводность благодаря применению пористого заполнителя; придать бетонам и растворам декоративность заполнителями из природного камня. Заполнители различаются по следующим показателям: • размеру зерен (мелкий – до 5 мм, крупный – 5...70 мм); • форме зерен (угловатая – щебень, окатанная – гравий, волокнистая – древесные отходы, асбест, синтетическая минеральная и стальная фибра); • поровой структуре (плотные, при общей пористости менее 10 %, пористые – более 10 %); • насыпной плотности, граница между тяжелым или легким крупным заполнителем равна 1000 кг/м 3 , для мелкого заполнителя – 1200 кг/м 3 ); • марке по прочности заполнителя (дробимость). Для регулирования свойств бетонной смеси и бетона вводят химические добавки, количество которых назначают в 75 процентах от расхода цемента. Добавки могут быть твердыми и в виде водных растворов определенной концентрации, а в зависимости от количества входящих веществ – однокомпонентными и комплексными. В строительстве принята следующая классификация добавок по эффекту действия: • регулирующие гидратацию цемента (ускорители и замедлители твердения; противоморозные, обеспечивающие твердение на морозе); • улучшающие удобоукладываемость бетонов (пластификаторы и суперпластификаторы); • изменяющие поровую структуру бетона (воздухововлекающие, пено- и газообразующие, уплотняющие); • ингибиторы коррозии стальной арматуры в бетоне; • биоцидные, повышающие стойкость материалов по отношению к микроорганизмам. Приготовление бетонной смеси включает в себя подготовку материалов, их дозирование и перемешивание в специальных бетоносмесителях. Полученная бетонная смесь должна обладать связностью, однородностью и удобоукладываемостью. Контроль удобоукладываемости проводят по двум показателям: подвижности и жесткости. Подвижность определяют для пластичных бетонных смесей, замеряя осадку под собственным весом отформованного усеченного стандартного конуса ОК. В зависимости от величины осадки конуса различают низкопластичные смеси с OK 1...9 см, пластичные – с OK 10...20 см и литые – с ОК > 20 см. При ОК < 76 1 см удобоукладываемость характеризуют жесткостью (Ж). Мерой жёсткости является промежуток времени воздействия вибрации на отформованный из бетонной смеси усеченный стандартный конус, при котором смесь равномерно заполняет стандартную ёмкость. Если необходимое время воздействия составляет от 5 до 40 с – смесь жесткая, более 40 с – сверхжесткая. Для получения бетонов высоких марок используют бетонные смеси с низким водосодержанием, а удобоукладываемость обеспечивают увеличением крупности разнофракционных заполнителей, ограничением лещадных и игловатых зерен в щебне и введением пластифицирующих добавок. Формование изделий и конструкций производят путём подачи бетонной смеси в очищенную и смазанную форму или опалубку, в которую, согласно проекту, устанавливают арматуру и закладные детали. После заполнения объема бетонную смесь уплотняют с целью её равномерного распределения в форме. Уплотнение осуществляют методами штыкования, прессования, удара или наложением на смесь вибрации. Бетонную смесь уплотняют преимущественно вибрационным воздействием, в результате чего проявляются тиксотропные свойства смеси – способность разжижаться в результате нарушения сцепления между компонентами и восстанавливать структурную вязкость и прочность после снятия вибрации. При бетонировании монолитных конструкций используют пластичные смеси, которые уплотняют глубинными и 77 поверхностными вибраторами. Для уплотнения сверхжестких и жестких бетонных смесей применяют вибропрокат и виброштампование. Для низкопластичных и пластичных смесей используют два метода: вибрационный и ударный, основанный на циклическом подъеме и падении с заданной высоты формы со смесью. Литые смеси заполняют форму под действием собственного веса. Для ускорения твердения и повышения плотности и прочности бетона отводят часть воды из смеси путём дополнительного её вибровакуумирования. Для изготовления полых труб и колонн применяют центробежный способ формовки, позволяющий бетонной смеси под действием центробежной силы равномерно распределиться по внутренней поверхности вращающейся формы, удалить из смеси воду и уплотниться бетону. После формовки бетон затвердевает и становится искусственным камнем. Режим твердения зависит от принятого способа получения конструкций. Монолитные конструкции могут твердеть: в естественных условиях, при термосном выдерживании в тёплой опалубке или при искусственном прогреве. Сборные конструкции твердеют с использованием термовлажностной обработки (ТВО) при нормальном давлении в пропарочных камерах или при повышенном давлении в автоклавах. Для ускорения изготовления сборных железобетонных конструкций применяют термообработку в атмосфере насыщенного пара. При работе с бетоном на основе разновидностей портландцемента используют термовлажностную обработку (ТВО) при нормальном давлении 78 и температуре до 95 °С; для силикатных бетонов на известково- кремнеземистом вяжущем – автоклавную обработку при температуре от 175 до 250°С и давлении от 0.9 до 1,6 МПа, соответственно. 9 .1.3. Применение Особо тяжелые бетоны – плотностью более 2500 кг/м 3 , изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.) – применяют для специальных радиационнозащитных конструкций и утяжелителей. Тяжелые бетоны – плотностью 2200…2500 кг/м 3 – применяют во всех несущих конструкциях. Облегченные бетоны – плотностью 1800…2200 кг/м 3 – применяют преимущественно в несущих конструкциях. Легкие бетоны плотностью 500…1800 кг/м 3 применяют в ограждающих конструкциях. Разновидностями легких бетонов являются: легкие бетоны на пористых природных и искусственных заполнителях; ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя; крупнопористые бетоны на плотном или пористом крупном заполнителе, без мелкого заполнителя. Особо легкие бетоны изготавливают сячеистой структурой и на пористых заполнителях – плотностью менее 500 кг/м 3 – используют в качестве теплоизоляции. Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в наружных ограждающих конструкциях. В несущих конструкциях используют более плотные и прочные легкие бетоны (на пористых заполнителях и ячеистые) плотностью 1200 – 1800 кг/м 3 79 Тяжелые бетоны относят к конструкционным бетонам, применяемым во всех несущих конструкциях, эксплуатируют их при систематическом воздействии температуры от +50°С до -70°С, а также в конструкциях специального назначения. Разновидностью тяжёлых бетонов является мелкозернистый бетон, в состав которого входят минеральное вяжущее и мелкий заполнитель – песок определенной крупности. Мелкозернистые цементные бетоны используют при получении методом объемного сухого вибропрессования труб, дорожных покрытий, тротуарных плит и бортовых камней, а также таких тонкостенных конструкций, как перегородки и плиты перекрытий. Используя сетчатое армирование, на их основе возводят пространственные тонкостенные армоцементные конструкции – оболочки сложной конфигурации для покрытия больших площадей. Плотные силикатные мелкозернистые бетоны используют при производстве таких несущих конструкций, как колонны, балки, плиты перекрытия. Легкие бетоны в зависимости от плотности подразделяют: на конструкционные, из которых изготавливают плиты перекрытий; конструкционно-теплоизоляционные, используемые в производстве ограждающих стеновых конструкций, плит покрытий, и теплоизоляционные, основное назначение которых – теплозащита зданий и сооружений, трубопроводов и технологического оборудования. Для приготовления легких бетонов с плотной межзерновой структурой цементного камня, пористость которой не превышает 7 %, используют все виды минеральных вяжущих и пористые заполнители. 80 Разновидностью легкого бетона является поризованный цементный бетон. Его получают путем насыщения газом цементного камня или цементно-песчаного раствора, заполняющего пустоты между крупным пористым заполнителем. Поризованные бетоны в зависимости от объема поризации материала межзернового пространства (7...25 %) и пористости применяемого заполнителя могут иметь среднюю плотность 700... 1400 кг/м 3 и прочность – 5...10 МПа. Ячеистый бетон, содержащий по всему объему до 85 % пор размером до 3 мм, является разновидностью поризованного бетона, в котором отсутствует крупный заполнитель. Ячеистые бетоны различают по способу получения ячеистопоровой структуры: газобетоны и газосиликаты; пенобетоны; аэрированные бетоны. Название ячеистого бетона зависит от вида применяемого вяжущего (цемент, гипс, известково- кремнеземистое, шлаковое), характера вводимых добавок (пено-, газообразующие) и кремнеземистого мелкого наполнителя (молотый кварцевый песок или зола). Крупнопористый бетон приготавливают аналогично обычному тяжёлому или лёгкому бетону, в котором раствор, скрепляющий крупный заполнитель, берётся с недостатком заполнения межзернового пространства, в результате чего формируется крупная межзерновая пустотность. Из крупнопористого бетона на плотном заполнителе возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки, которые необходимо оштукатуривать с двух сторон, чтобы исключить продуваемость. Крупнопористый бетон на пористом заполнителе имеет небольшую среднюю плотность, его используют для получения теплоизоляционных изделий. 81 К разновидностям легкого бетона относится опилкобетон и арболит, которые могут быть использованы, как для монолитного, так и для блочного возведения малоэтажных зданий. Гипсобетон широкое применение нашел в производстве мелких стеновых камней, блоков и крупноразмерных панелей благодарясвоей огнестойкости, легкости, хорошим тепло- и звукоизоляционными свойствами. Снижение средней плотности и улучшение акустических свойств достигается применением пористых заполнителей и пенообразующих добавок. Для повышения прочности на изгиб и уменьшения хрупкости в пластичную массу вводят волокнистые компоненты: древесные или синтетические волокна, измельченную макулатуру. Вследствие высокой пористости и слабой кислотности материала стальную арматуру необходимо защищать от коррозии лакокрасочными полимерными составами или на основе битума. На основе портландцемента и асбестового волокна выпускают специальный класс тонкостенных изделий – асбестоцементные плоские и волнистые листы, экструзионные стеновые панели и перегородки, плиты перекрытий и покрытий, трубы и др. Асбестоцементными называют искусственные каменные материалы, получаемые затвердеванием отформованных изделий, состоящих из смеси цемента, асбеста и воды. Асбест, тонковолокнистый минеральный заполнитель, вводится в количестве до 15 % по массе. Вследствие дисперсного объемного армирования это приводит к повышению прочности изделий на удар, изгиб и растяжение, а также обеспечивает огнестойкость, водонепроницаемость, тепло- и электрозащитные качества. 82 В зависимости от вида производимых материалов и условий их эксплуатации применяют мокрый (влажность до 85 %) и сухой (влажность до 18 %) способы производства. При мокром – изделия получают литьём на круглосетчатых машинах с использованием вакуумирования для удаления влаги из смеси и её уплотнения. Так изготавливают водо-, нефте- и газопроводные трубы, плоские и профилированные кровельные и облицовочные листы. При сухом – путём экструзии (придание нужной формы сечения изделию продавливанием через головку с профилированным каналом) производят пустотелые кровельные плиты и стеновые панели, крупноразмерные листы (до 6 м), применяемые для изготовления стеновых, кровельных многослойных панелей; прессованием получают облицовочные износостойкие плитки для пола и стен. 9.1.4. Коррозионная стойкость Коррозионная стойкость бетона зависит от состава и характера структуры. Чем больше пористость материала, тем глубже проникают в них жидкие и газообразные агрессивные среды, вызывая серьезные разрушения и приводя к потере несущей способности конструкции. Агрессивность воздействия на бетон оценивают специальными нормами по антикоррозионной защите строительных конструкций. В зависимости от глубины разрушения бетона в течение 50 лет эксплуатации различают слабо-, средне- и сильноагрессивные среды. Наибольшей химической активностью в бетоне обладает цементный камень, поэтому стойкость зависит от состава, 83 структуры цемента и агрессивных условий эксплуатации. Основными видами коррозии цементного камня являются: коррозия выщелачивания (первый вид), кислотная коррозия (второй вид) и сульфатная коррозия (третий вид). Первый вид коррозии включает в себя процессы, возникающие в бетоне при действии жидких сред, способных растворять компоненты цементного камня. Составные части цементного камня растворяются и выносятся из структуры бетона. Особенно интенсивно эти процессы происходят при фильтрации воды через толщу бетона. Второй вид коррозии включает в себя процессы, при которых происходят химические взаимодействия – обменные реакции – между компонентами цементного камня и агрессивной среды. Образующиеся продукты реакции или легко растворимы и выносятся из структуры в результате диффузии влаги, или отлагаются в виде аморфной массы. Третий вид коррозии включает в себя процессы, при развитии которых накапливаются и кристаллизуются малорастворимые продукты реакции с увеличением объема твердой фазы в порах бетона. Кристаллизация этих продуктов создает внутренние напряжения, которые приводят к повреждению структуры бетона. Биокоррозия бетонных и железобетонных конструкций, характерная для предприятий пищевой промышленности, животноводческих помещений, прачечных; происходит под воздействием, как кислот, выделяемых в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, так и самих бактерий, дрожжей, водорослей, способных разлагать входящие в состав 84 цементного камня силикаты кальция. Биоповреждения бетона начинаются с поверхности и идут вглубь (так же, как и при погружении бетона в жидкую агрессивную среду). Для повышения стойкости конструкций увеличивают плотность бетона, применяют лакокрасочные и плитные материалы. Наиболее надежная защита от биокоррозии – введение в бетон биоцидных добавок. Радиационная стойкость бетона зависит от свойств отдельных его составляющих, которые по-разному воспринимают действие ионизирующего излучения. Для получения радиационностойких бетонов используют сверхплотные заполнители, способные поглощать радиационное излучение (баритовые и железосодержащие руды), и шлакопортландцемент в качестве вяжущего. Стойкость бетона к действию высоких температур определяется составом используемых основных компонентов: вяжущего и заполнителей. В железобетонных конструкциях, условия эксплуатации которых связаны с прохождением электрического тока большой мощности и напряжения (электростанции и подстанции, линии электропередачи), может проявляться электрокоррозия. Первым разрушающим фактором служит накопление большого количества энергии в малом объеме бетона, что приводит к возникновению дугового разряда, вызывающего пережог арматуры, оплавление и растрескивание бетона. Вторым фактором является электрохимическая коррозия стали от прохождения электрического тока по арматуре в условиях повышенной влажности, приводящая к образованию и 85 накоплению ржавчины на поверхности арматуры, разрушению и отслоению защитного слоя бетона. Для обеспечения стойкости конструкций в этих условиях эксплуатации в состав бетона вводят органические гидрофобные или уплотняющие добавки, снижающие гигроскопичность и водопоглощение; применяют защитные мастичные и лакокрасочные покрытия на основе высокомолекулярных смол; используют объемную пропитку конструкций полимерными составами. 9.2. Строительные растворы 9.2.1. Общие сведения Строительный раствор – это искусственный каменный материал, полученный в результате затвердевания растворной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства смеси и растворов. Состав строительного раствора отличается от бетона отсутствием крупного заполнителя, поэтому свойства раствора аналогичны свойствам бетона. Строительные растворы применяют в виде тонких слоев швов каменной кладки и штукатурки, которые укладываются тонким равномерным слоем на пористые основания. Для изготовления строительных растворов чаще используют неорганические вяжущие вещества (цементы, воздушную известь и строительный гипс). Строительные растворы разделяют в зависимости от вида вяжущего вещества, величины плотности и назначения. По виду вяжущего различают растворы цементные, известковые, гипсовые и смешанные – цементно-известковые, цементно-глиняные, известково-гипсовые и др. 86 По плотности различают: тяжелые растворы плотностью более 1500 кг/м 3 , изготовляемые обычно на кварцевом песке; легкие растворы плотностью менее 1500 кг/м 3 , изготовляемые на пористом мелком заполнителе и с породообразующими добавками. По назначению строительные растворы бывают: кладочные – для каменной кладки стен, фундаментов, столбов, сводов и др.; штукатурные – для оштукатуривания внутренних стен, потолков, фасадов зданий; монтажные – для заполнения швов между сборными панелями, блоками и т.п. при монтаже зданий и сооружений; специальные – декоративные, гидроизоляционные, тампонажные и др. 9.2.2. Технология Строительные растворные смеси изготавливают из минерального вяжущего, мелкого заполнителя фракцией менее 5 мм, воды и добавок. Состав раствора подбирают в зависимости от назначения по специальным формулам с использованием графиков и таблиц. Для регулирования свойств составов в них дополнительно вводят минеральные (золы, шлаки, опоку, туфы, глину) и химические (ускорители и замедлители твердения, пластификаторы) добавки. Качество растворной смеси оценивают по подвижности, водоудерживающей способности, плотности и расслаиваемости. По прочности на сжатие устанавливают марку, которая может быть от М4 до М300 (кгс/см 2 ). Строительные растворы поступают на объекты в готовом виде с завода или в виде сухих смесей, затворяемых водой на 87 строительной площадке. В настоящее время интенсивно развивается последний вариант. Сегодня промышленность выпускает до 50 сухих растворных смесей различного назначения: для кладки кирпича и бетонных блоков; облицовки; внутреннего и наружного оштукатуривания зданий; выполнения наливных самовыравнивающихся полов; гидроизоляционных работ. 9.2.3. Применение Кладочные строительные растворы применяют для скрепления мелкоштучных изделий при возведении фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича, природного и искусственного камня, а также при изготовлении и монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов. При выполнении кладочных работ в зимнее время для обеспечения набора прочности в растворы вводят противоморозные добавки, в летний период – пластифицирующие, повышающие подвижность растворных смесей и замедляющие их загустевание. Отделочные растворы могут быть: обычными штукатурными, используемыми для выравнивания поверхности конструкций; декоративными, предназначенными для придания архитектурно-художественных качеств фасадам и интерьерам зданий. Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с поверхностью. Для отделки фасадов применяют растворы на белом и цветном портландцементах, внутренних поверхностей – на извести, гипсе, гипсополимерцементном и цементнополимерном 88 вяжущих, в которые вводят минеральные пигменты. В качестве заполнителя используют мытые кварцевые пески или каменную крошку, полученную дроблением горных пород. Для повышения декоративности на поверхность, обработанную полимерцементным или водоэмульсионным составом, пневмометодом наносят крошку (размер до 5 мм) из керамики, стекла, угля, сланцев, мрамора. Используют и другие технологические приёмы. Специальные виды растворов изготавливают с использованием вяжущих и заполнителей, придающих им специфические свойства. Гидроизоляционные свойства обеспечивают введением уплотняющих (хлорид железа) или гидрофобизирующих (битумная эмульсия) добавок; теплоизоляционные – использованием пористых песков; акустических – использованием пористых песков из перлита, пемзы, керамзита и других; огнезащитных – применением гипса или жидкого стекла в сочетании с огнеупорной глиной и термостойким асбестовым волокном; кислотостойких – использованием кислотостойких заполнителя и цемента на основе жидкого стекла; рентгенозащитных – использованием портландцемента или шлакопортландцементов и баритовых песков. |