Специальные виды бетона 2
СОДЕРЖАНИЕ: 8. Особые виды бетона Гидротехнический бетон Гидротехнический бетон предназначается для конструкций, находящихся в воде или периодически соприкасающихся с водой, поэтому он должен обладать свойствами, необходимыми для длительной нормальной службы этих конструкций в данных климатических и эксплуатационных условиях.8. Особые виды бетона
Гидротехнический бетон
Гидротехнический бетон предназначается для конструкций, находящихся в воде или периодически соприкасающихся с водой, поэтому он должен обладать свойствами, необходимыми для длительной нормальной службы этих конструкций в данных климатических и эксплуатационных условиях.
Гидротехнический бетон должен иметь минимальную стоимость и удовлетворять требованиям по прочности, долговечности, водостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости, тепловыделению при твердении, усадке и трещиностойкости. Противоречивые на первый взгляд требования высокого качества и низкой стоимости можно выполнить, если выделить наружную зону массивного сооружения, подвергающуюся непосредственному влиянию среды, и внутреннюю зону.
Бетон наружной зоны в зависимости от расположения в сооружении по отношению к уровню воды делят на бетон подводный (находящийся постоянно в воде), переменного уровня воды и надводный, находящийся выше уровня воды.
В самых суровых условиях бетон, расположенный в области переменного уровня воды, многократно замерзает и оттаивает, находясь все время во влажном состоянии. Это же относится к бетону водосливной грани плотин, морских сооружений (причалов, пирсов, молов и т.д.), градирен, служащих для охлаждения оборотной воды на тепловых электростанциях, предприятиях металлургической и химической промышленности. Этот бетон должен обладать высокой плотностью и морозостойкостью.
Бетон внутренней зоны
Бетон внутренней зоны массивных конструкций защищен наружным бетоном от непосредственного воздействия среды. Главное требование к этому бетону - минимальная величина тепловыделения при твердении, так как неравномерный разогрев массива может вызвать образование температурных трещин. Малое тепловыделение имеет шлакопортландцемент, поэтому его и применяют для внутримассивного бетона наряду с пуццолановым портландцементом. Требования к физико-механическим свойствам бетона внутренней зоны не столь высоки: марки по прочности М100, М150, по водонепроницаемости W2, W4.
Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от напорного градиента, равного отношению максимального напора к толщине конструкции или к толщине бетона наружной зоны конструкции (при наличии зональной разрезки):
Напорный градиент до 55-1010-1212 и более
Марка бетона по водонепроницаемостиW4W6W8W12
Для конструкций с напорным градиентом более 12 на основании опытов могут назначаться марки по водонепроницаемости выше W12.
Стойкость бетона к воздействиям среды определяется комплексом его свойств: морозостойкостью, малым водопоглощением, небольшими деформациями усадки.
Марку бетона по морозостойкости назначают в зависимости от климатических условий и числа расчетных циклов попеременного замораживания и оттаивания в течение года. Установлены следующие марки гидротехнического бетона по морозостойкости: F100, F150, F200, F300, F400, F500.
Водопоглощение гидротехнического бетона характеризуется величиной капиллярной всасываемости при погружении в воду образцов 28-суточного возраста, высушенных до постоянной массы при температуре 105°С.
Водопоглощение бетона зоны переменного уровня воды не должно превышать 5% от массы высушенных образцов), для бетонов других зон - не более 7%.
Линейная усадка бетона при относительной влажности воздуха 60% и температуре 18°С в возрасте 28 сут не превышает 0,3 мм/м, в возрасте 180 суток - 0,7 мм/м. Предельно допустимые величины набухания установлены: в возрасте 28 сут - 0,1 мм/м, 180 сут -0,3 мм/м (по сравнению с высушенными до постоянной массы при 60°С эталонными образцами).
Жаростойкий бетон
Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агрегатов (облицовки котлов, футеровки печей и т.п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (например, для дымовых труб). При действии высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроксида кальция с образованием СаО. Оксид кальция при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетона. Поэтому в жаростойкий бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, содержащие активный кремнезем.
Жаростойкий бетон изготовляют на портландцементе с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного шлака, шамота).
Шлакопортландцемент уже содержит добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700°С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого бетона, подвергающегося кислой коррозии (например, действию сернистого ангидрида в дымовых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000°С.
Еще большей огнеупорностью (не ниже 1580°С) обладает высокоглиноземистый цемент с содержанием глинозема 65-80%; в сочетании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700°С.
Столь же высокой огнеупорности позволяют достигнуть фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота алюмофосфаты и магнийфосфаты.
Жаростойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.
Заполнитель для жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением.
Бескварцевые изверженные горные породы как плотные (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так и пористые (пемза, вулканические туфы, пеплы) можно использовать для жаростойкого бетона, применяемого при температурах до 700°С.
Для бетона, работающего при температурах 700-900°С, целесообразно применять бой обычного глиняного кирпича и доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, не подверженные распаду.
При более высоких температурах заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамотных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.
Кислотоупорный бетон
Вяжущим для кислотоупорного бетона является жидкое стекло с полимерной добавкой. Для повышения плотности бетона вводят наполнители: кислотостойкие минеральные порошки, получаемые измельчением чистого кварцевого песка, андезита, базальта, диабаза и т.п. В качестве отвердителя используют кремнефтористый натрий, в качестве заполнителя - кварцевый песок, щебень из гранита, кварцита, андезита и других стойких пород. После укладки с вибрированием бетон выдерживает не менее 10 сут на воздухе (без поливки) при 15-20°С. После отвердения рекомендуется поверхность бетона «окислить», т.е. смочить раствором серной или соляной кислот. Кислотоупорный бетон хорошо выдерживает действие концентрированных кислот; вода разрушает его за 5-10 лет, щелочные растворы разрушают быстрее. Кислотоупорный бетон применяют в качестве защитных слоев (футеровок) по железобетону и металлу.
Бетон для защиты от радиоактивного воздействия
Материалы, применяемые для сооружения бетонной защиты, должны обеспечить возможно большую плотность бетона и определенное содержание водорода - обычно в виде воды, связанной с вяжущим.
Вяжущим служит портландцемент или шлакопортландцемент, который выделяет при гидратации немного тепла и поэтому хорошо зарекомендовал себя в массивных защитных конструкциях.
В качестве заполнителей используют тяжелые природные или искусственные материалы. Для особо тяжелого бетона применяют в качестве заполнителя близкие по своим свойствам железные руды - магнетит и гематит с содержанием железа не менее 60%. Бурый железняк (лимонит) позволяет значительно повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне.
Баритовые руды (или барит), содержащие около 80% сульфата бария, применяют как мелкий и крупный заполнитель. Металлический крупный заполнитель получают из отходов металлообрабатывающихзаводов, мелким заполнителем служит кварцевый или лимонитовый песок, а также чугунная дробь. Свинцовая дробь дорогая и ее применяют при малой толщине защиты, для заделки отверстий в конструкциях, когда требуется бетон с повышенными защитными свойствами. Плотность бетона на металлическом заполнителе достигает 6000 кг/м3.
Бетон должен иметь заданную марку по прочности и относительно низкий модуль упругости, что позволяет снизить величину растягивающих напряжений во внешней зоне защиты, вызываемых односторонним нагревом. Кроме того, бетон, расположенный у активного корпуса реактора, должен обладать достаточной стойкостью к воздействию излучений, быть огнестойким и жаростойким даже при температурах, возможных при аварийном режиме реактоpa. Для массивных конструкций желательно меньшая теплота гидратации цемента и минимальная усадка бетона (для предотвращения температурных и усадочных трещин), а также небольшая величина коэффициента температурного расширения.
Серный бетон
Серный бетон представляет собой смесь сухих заполнителей -щебень, песок, минеральная мука, нагретых до 140-150°С, и расплавленного серного вяжущего при температуре перемешивания 145-155°С. Использование серы в строительстве известно с середины прошлого века: в виде растворов и мастик для заливки швов каменных кладок, для заделки металлических стоек перил лестничных маршей и заделки металлических связей каменных конструкций взамен расплавленного свинца.
Процесс получения серного бетона основан на свойстве серы изменять свою вязкость при различной температуре - при 1,19-122°С сера полностью переходит из кристаллического состояния в расплав. В качестве заполнителей используют кислотоупорный цемент, андезитовую или кварцевую муку, кварцевый песок и другие кислотостойкие минеральные наполнители. Во многих странах серный бетон применяют для изготовления свай, фундаментов, емкостей, покрытий дорог и химстойких полов.
леса строительные
аренда строительных лесов в Москве, монтаж и демонтаж арендованных лесов
Классификация бетона по назначению — обычные и специальные бетоны
В соответствии с областью применения бетоны делятся на две основные группы: обычные и специальные. Обычные бетоны применяются в гражданском строительстве, производстве ЖБИ и ЖБК. Специальные бетоны предназначены для эксплуатации в особенных условиях: при повышенной влажности, сверхвысокой температуре, под воздействием кислот или радиоактивного излучения.
Гидротехнический бетон — специальный бетон, применяющийся при строительстве дамб, плотин, мостов, систем водопровода и канализации, мелиорационных каналов и других объектов, эксплуатация которых проходит в условии повышенной влажности. Закономерно, что гидротехнические бетоны должны обладать высокой водостойкостью (сохранять свою структуру при длительном контакте с водой, не разбухать, сохранять прочность, предохранять арматуру от коррозии) и водонепроницаемостью (не пропускать воду, в том числе и под давлением). Такой бетон должен иметь высокую морозостойкость (сохранять прочность после многочисленных циклов замораживания-оттаивания), быть химически нейтральным.
Водоцементное соотношение, обеспечивающие водонепроницаемость и морозостойкость бетона
| Условия эксплуатации бетона |
Железобетонные конструкции |
Бетонные и малоармированные конструкции |
||
| в морской воде |
в пресной воде |
в морской воде |
в пресной воде |
|
| В частях сооружений, расположенных в зоне переменного уровня воды в суровых климатических условиях со среднемесячной температурой ниже 15°С |
0,5 |
0,55 |
0,55 |
0,6 |
| В умеренных и мягких климатических условиях со среднемесячной температурой соответственно от -5 до -15 и 0 до-5°С |
0,55 |
0,6 |
0,6 |
0,65 |
| В частях сооружений подводной зоны: |
||||
| напорных |
0,55 |
0,6 |
0,6 |
0,65 |
| безнапорных |
0,6 |
0,65 |
0,65 |
0,65 |
| В надводных частях сооружений |
0,65 |
0,65 |
0,7 |
0,7 |
Требования к гидротехническому бетону достаточно высоки, так что изготовление полностью монолитных конструкций было бы дорого. Чаще всего, при строительстве одного объекта используются три разных типа гидротехнического бетона. Первый тип — подводный бетон — находится под водой всё время эксплуатации, в качестве вяжущего для этого бетона используются портландцементы, шлакопортландцементы или пуццолановые цементы. В самых сложных условиях находится бетон переменного уровня воды, он, будучи постоянно влажным, подвергается многократным перепадам температуры — замерзает и оттаивает, высыхает и снова намокает. Этот участок гидротехнической конструкции готовится из наиболее ответственных материалов: применяется только качественный портландцемент или шлакопортландцемент с обязательным введением в состав пластифицирующих добавок. Надводный бетон с водой не контактирует, так что может быть изготовлен на любых видах цемента.
Массивные гидротехнические конструкции не обязательно монолитно-бетонные, часто бетонной является только оболочка (мощность которой достигает трёх метров), а внутренний слой может заливаться менее ответственными бетонами или заполняться отсыпкой с уплотнением.
Морозостойкость гидротехнического бетона допустима в диапазоне от F50, до F300 (и выше). В лабораторных условиях морозостойкость рассчитывается таким образом: образцы бетона замораживаются (до – 15°C) и оттаивают (+5 - + 20°C). После завершения испытания образцы проверяются механической нагрузкой, успешный бетонный кубик должен утратить не более 15% от изначального показателя по прочности.
Водонепроницаемость гидротехнического бетона допустима от W2 до W12. Показатель водонепроницаемости зависит от того, какое давление воды способен выдержать образец бетона, прежде чем пропустить воду.
Назначение марки бетона по водонепроницаемости
|
|
До 5 |
От 5 до 10 |
От 10 до 12 |
12 и более |
| Марка бетона по водонепроницаемости |
W4 |
W6 |
W8 |
W12 |
Химическая стойкость бетона не имеет единиц измерения. Так как для гидротехнических бетонов этот показатель крайне важен, при их производстве используются сульфатостойкие цементы со специальными добавками.
Жаростойкие бетоны. Чаще всего применяются при возведении промышленных объектов и агрегатов: при футеровке печей, облицовке котлов, при возведении дымовых труб ТЭЦ, в металлургическом производстве и т.д. При воздействии сверхвысоких температур в структуре бетона происходит ряд химических процессов, результатом которых становится обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроскида кальция, в результате реакции образуется СаО (оксид кальция). По мере остывания, влага снова приникает в объём бетона и оксид кальция гидратируется с резким увеличением объёма, структура бетона при этом разрушается, образуются многочисленные трещины. Наиболее эффективное средство предотвращения такого сценария — приготовление раствора бетона на тонкоизмельчённых материалах с добавлением активного кремнезёма.
В качестве огнеупорных бетонов применяются различные составы. Большое распространение получили бетоны на основе портландцемента с активными минеральными добавками (пемза, доменные гранулированные шлаки, зола). Целесообразно использование шлакопортландцемента, который изначально содержит некоторые из перечисленных добавок. Компоненты такого бетона широко распространены, что положительно сказывается на стоимости. С другой стороны, использование портландцементов в качестве жаростойких связано с некоторыми ограничениями. Во-первых, предел температуры, которую способен переносить такой бетон — 700°C. Во-вторых, бетоны на основе портландцементов подвергаются кислотной коррозии (источником которой может стать сернистый ангидрит в дымовых трубах).
Бетоны на жидком стекле напротив отлично переносят воздействие кислот. Их температурный предел достигает 1000°С.
Высокоглинозёмный цемент также может использоваться при производстве жаропрочного бетона. Содержание глинозёма в таком бетоне должной быть не ниже 65% (лучше 80%), также рекомендуется уделять внимание материалу заполнителя. Бетон на высокоглинозёмном бетоне может выдержать до 1580°С, а при использовании огнеупорного заполнителя — до 1700°С.
Отлично зарекомендовали себя бетоны на основе фосфатных связующих. Помимо высокого температурного предела (1700°С) они имеют высокую устойчивость к истиранию. Следует учитывать небольшую усадку этих бетонов после первого прокаливания.
Большое значение при производстве огнеупорного бетона имеет заполнитель. При этом важна равномерность температурного расширения заполнителя во всём объёме конструкции.
При температуре менее 700°С допустимо использовать бескварцевые и пористые горные породы (габбро, сиенит, диорит, пемзу и ли туфы).
При расчете на температурный потолок до 900°С в качестве крупного заполнителя выступают стабильные доменные шлаки или бой глиняного кирпича.
Специализированные огнеупорные материалы входят в состав наиболее стойких бетонов, рассчитанных на температуру до 1700°С. Крупным заполнителем в таких бетонах является хромированная руда, бой шамотных, хроммагнезитовых и прочих огнеупорных изделий.
Кислотоупорный бетон. Наиболее популярным вяжущим веществом при производстве кислотоупорных бетонных смесей является жидкое стекло (силикат натрия или калия) в сочетании со специальными отвердителями (кремнефтористый натрий). Для повышения плотности в состав смеси вводятся минеральные порошки (молотый андезит, базальт, кварц и другие измельчённые кислотостойкие породы). В качестве мелкого заполнителя применяются кварцевые пески, крупный заполнитель — гранитный щебень.
Технология укладки кислотостойкого бетона несколько сложнее в сравнении с обычными цементными бетонами. Сначала отвердитель смешивается с минеральным порошком, затем вводятся заполнители, последним добавляется вяжущее. Твердение должно происходить в тёплой и сухой воздушной среде (не ниже 10°С), желательно смесь прогреть при температуре не менее 80°С в течении 5-8 часов. Рекомендуется окислить конструкцию после окончательного затвердения — смочить раствором соляной или серной кислоты.
Примерные составляющие кислотоупорного бетона
| Составляющие |
Кислотоупорный бетон на жидком стекле, кг/м3 |
Кислотоупорный бетон на жидком стекле с полимерными добавками (силикатполимербетон), кг/м3 |
||||
| состав 1 |
состав 2 |
состав 1 |
состав 2 |
состав 3 |
состав 4 |
|
| Щебень фракций, мм: |
||||||
| андезитовый 5-10 |
370 |
150 |
160-200 |
170 |
- |
- |
| кварцевый 10-20 |
680 |
300 |
280-320 |
340 |
- |
- |
| гранитный 20-40 |
- |
660 |
520 |
510 |
800 |
1200 |
| Песок кварцевый фракции 0,15-5 мм |
525 |
525 |
630 |
560 |
600 |
570 |
| Тонкомолотый наполнитель - андезитовая мука (тонкого помола менее 0,15) |
525 |
525 |
400 |
500 |
400 |
360 |
| Жидкое стекло |
300 |
300 |
230-250 |
215 |
300 |
280 |
| Кремнефтористый натрий |
45 |
45 |
35-37 |
31 |
50 |
42 |
| Фуриловый спирт |
- |
- |
8-14 |
- |
10 |
8,4 |
| Полимерный компаунд |
- |
- |
- |
13 |
- |
- |
| Сульфенол |
- |
- |
- |
- |
- |
0,56 |
| ГКЖ 10(11) |
- |
- |
- |
- |
2 |
- |
| Катапин |
- |
- |
- |
- |
- |
0,84 |
При правильном подборе компонентов, кислотоустойчивые бетоны могут достигать по прочности на сжатие 200 кг/см. Правильно приготовленный кислотоупорный бетон стоек к воздействию концентрированных кислот (кроме НF), а вот вода способна привести изделие из такого бетона в негодность в течение 5-10 лет, щелочные растворы справятся с этой задачей ещё быстрее.
В промышленности кислотоупорные бетоны применяются как альтернатива более дорогим материалам: свинцовым пластинам, тёсанному природному камню, кислотоупорной керамике. Применяется для защиты конструкций и сооружений от воздействия агрессивных сред, часто металлические и железобетонные конструкции покрываются слоем кислотоупорного бетона. Привычная сфера применения — строительство ёмкостей и резервуаров в химической промышленности, из кислотостойкого бетона изготавливается специализированная облицовочная плитка.
Бетон, предназначенный для защиты от радиоактивного воздействия. Как и все виды бетонов, ориентированных на возведение защитных конструкций, он должен обладать высокими показателями по прочности (не только на сжатие, но и на растяжение). Также важны высокая плотность и содержание водорода (в виде воды, связанной с вяжущим).
В качестве вяжущего для бетонов этого класса себя превосходно зарекомендовал портландцемент (допустимо применение шлакопортландцемента). Учитывая, что конструкции для защиты от излучения компактными не бывают, необходимо чтобы используемый цемент выделял как можно меньше тепла при твердении.
На роль заполнителя в этом случае претендует широкий список тяжёлых материалов, точный состав устанавливается специалистами при расчете каждой индивидуальной конструкции. Для особенно тяжёлых растворов заполнителем могут служить насыщенные железные руды (магнетит или гематит с содержанием Fe не менее 60%). Если необходимо повысить содержание связанной воды в составе, используется бурый железняк (лимонит). В качестве мелкого заполнителя могут фигурировать баритовые руды или барит (содержание сульфата бария не менее 80%).
Нередко применение металлических заполнителей — лимонитового или кварцевого песка, а также чугунной и свинцовой дроби. Свинцовая дробь дорогая, применяется чаще всего при заделке отверстий в конструкциях и на участках, где требуется повышенная защищённость. Плотность бетона на металлическом заполнителе доходит до 6000 кг/м.
Эксплуатация бетонных защитных сооружений сопряжена с воздействием высоких температур. Неравномерный прогрев вызывает напряжения внутри конструкции, чтобы сдерживать их используемый бетон должен иметь высокую марку по прочности на растяжение, а вот усадку напротив минимальную. Бетонные конструкции, расположенные в непосредственной близости от работающего ядерного реактора должен обладать большим потенциалом жаропрочности, поскольку функционирование реактора в аварийном режиме сопряжено с выделением экстремальных температур.
Специальные бетоны. Часть 1
Эти бетоны предназначаются для особых конкретных условий эксплуатации и выпускаются в виде отдельных конструкций или используются в монолитных сооружениях. К специальным бетонам относятся: дорожный цементный, высокопрочный, гидротехнический, жаростойкие, кислотоупорные, особо тяжелые, серный, фибробетоны, бетоны на шлакощелочных вяжущих веществ. Для изготовления специальных бетонов выбирают определенные сырьевые материалы (вяжущие вещества, заполнители, добавки) и технологии, которые обеспечивают по своим свойствам и параметрам получение бетонов со специфическими свойствами: с повышенными прочностью, жаростойкостью, стойкостью в кислотных средах и т. п. Эти бетоны также являются типичными ИСК и на них распространяются общие закономерности теории ИСК: закон прочности оптимальных структур, закон створа, закон конгруэнции и др.
Высокопрочные бетоны имеют марки по прочности на сжатие М600... М1000. Они являются бетонами нового поколения; они были разработаны в НИИЖБ, где получены бетоны с пределом прочности на сжатие до 200 МПа, морозостойкостью F1000 и водонепроницаемостью W20 и выше. Для изготовления этих бетонов применяют высокомарочные портландцементы, песок и щебень марок по прочности на сжатие М1200-М1400, не содержащие вредных примесей. Для освобождения заполнителей от органических, пылевидных, глинистых и других примесей заполнители промывают.
Бетонные смеси имеют низкие соотношения В/Ц (0,27 - 0,45); перемешивание сырьевых материалов осуществляется в бетоносмесителях принудительного действия, например турбинных, обеспечивающих качественное перемешивание малоподвижных и жестких смесей. В целях более эффективного перемешивания и уплотнения в бетонные смеси вводят суперпластификаторы, не понижающие прочность бетонов. Формование изделий и конструкций осуществляется при интенсивном уплотнении бетонных смесей: вибрированием с пригрузом, двойным вибрированием, прессованием под большим давлением.
Высокопрочные бетоны быстро твердеют, поэтому их тепло-влажностная обработка может осуществляться за более короткие сроки. Использование новых особобыстротвердеющих цементов позволяет исключить тепловлажностную обработку, так как в этом случае бетон быстро твердеет при температуре 20 - 25 С. Применяя высокопрочные бетоны в железобетонных конструкциях, можно сэкономить расход арматурной стали на 10-12%, а за счет повышения несущей способности конструкций сократить расход бетона до 30 % (по объему).
Дорожный цементный бетон применяется для устройства автодорожных покрытий, аэродромов, оснований под асфальтобетонные покрытия, возведения мостовых сооружений. Для изготовления дорожных бетонов применяют специальные портландцементы (дорожный, гидрофобный, пластифицированный), заполнители могут быть тяжелыми и легкими. Для устройства верхних слоев дорожных покрытий применяют бетоны с прочностью при сжатии классов: В22,5; В25; В30, для нижних - В15 и В20. При строительстве мостов применяют железобетонные конструкции, тяжелые бетоны для их изготовления имеют классы: В15- В45. Марки дорожных бетонов по морозостойкости: F100, F150, F200; для повышения их морозостойкости применяют воздухововлекающие добавки, создающие резервные поры (до 5 - 6% от объема в бетоне). Резервными называют поры, в которых мигрирует вода! при отрицательных температурах. В качестве таких добавок используют СНВ (на основе абиетиновой кислоты), мылонафт и др. Дорожные бетоны хорошо сопротивляются истирающим воздействиям при движении транспорта. Для повышения стойкости бетонов на износ и истирание применяют заполнители с повышенной твердостью либо при устройстве дорожных покрытий втапливают в верхний слой свежеуложенного бетона частицы из особо твердых материалов (кварцита, корунда и др.) размером до 5 мм. Коэффициент температурного расширения не должен превышать 10*1-6 на 1 С. С уменьшением содержания цемента уменьшаются усадочные деформации, поэтому при проектировании составов бетонов рекомендуется использовать общий метод, позволяющий получать бетоны оптимальных составов с наилучшими показателями свойств, в том числе с минимальной усадкой, наибольшими прочностью и долговечностью. Для изготовления дорожных бетонов рекомендуются промытые крупные заполнители, содержащие глинистых примесей не более 1 % по массе, а пески - крупно- и среднезернистые, природного происхождения или полученные дроблением плотных горных пород.
Декоративные дорожные бетоны применяют при устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях и т.п. Для таких бетонов применяют цветные цементы или в бетонную смесь вводят щелоче- и светостойкие пигменты (охру, сурик, мумию и др.) в количестве 8- 10 % от массы цемента. Заполнители получают из декоративных горных пород: кварцитов, мрамора, туфов и др.
Специальные бетоны. Часть 2
Гидротехнический бетон применяется для строительства плотин, набережных, каналов и других сооружений, которые постоянно или периодически подвергаются воздействию воды. Классы тяжелых гидротехнических бетонов по прочности на сжатие: В7,5- В40. Марки по морозостойкости: F100- F500, выбирают в зависимости от климатических условий. Марки по водонепроницаемости; W4-W12, выбирают в зависимости от напорного градиента. Гидротехнические бетоны должны быть водостойкими, трещино-стойкими и по возможности дешевыми.
В зависимости от воздействия воды, воздуха и других сред различают бетон наружной зоны гидротехнических сооружений, непосредственно соприкасающийся с водной или воздушной средой, и бетон внутренней зоны. В свою очередь, бетоны наружной зоны подразделяют на подводный, находящийся в зоне переменного уровня воды, и надводный. В наиболее тяжелых условиях эксплуатации работает бетон, расположенный в зоне переменного уровня воды. Так как он всегда влажный, то при изменении влажности вода, мигрируя, расшатывает структуру бетона. Такой бетон подвергается многократным воздействиям положительных и отрицательных температур, поэтому должен быть морозостойким. В зоне переменного уровня воды находятся водосливные части плотин, морские причалы, градирни, в которых охлаждается вода на теплоэлектростанциях и металлургических предприятиях. Для таких бетонов важно правильно выбрать вид, марку и количество цемента, применять морозостойкие заполнители, тщательно производить работы по бетонированию. Бетон внутренней зоны защищен от непосредственного воздействия окружающей среды наружным бетоном и к нему предъявляются менее жесткие требования по плотности, прочности, водонепроницаемости, морозостойкости. Для бетона внутренней зоны выбирают цементы, которые при твердении выделяют мало теплоты (во избежание трещинообразования из-за возможных температурных напряжений): шлакопортландцементы, пуццолановые портландцементы, которые дешевле портландцементов за счет введения активных гидравлических добавок и являются водостойкими. Для подводных зон применяют бетоны на основе гидрофобного и пластифицированного портландцемента. Для сооружений, работающих в морских условиях, применяют бетоны на основе сульфатостойкого портландцемента. Для особо ответственных гидротехнических coоружений используют цементы, удовлетворяющие специальным техническим требованиям.
Водопоглощение гидротехнического бетона определяют на образцах стандартных размеров в возрасте 28 сут, высушенных до постоянной массы методом капиллярного всасывания. При этом водопоглощение бетона зоны переменного уровня не должно превышать 5 % (от массы высушенного образца), для бетонов других зон - не более 7 %. Нормируются также величины линейной усадки и набухания образцов в возрасте 28 и 180 сут.
Жаростойкие бетоны применяются в условиях длительного действия высоких температур (для футеровки печей и вагонеток, для устройства фундаментов промышленных печей, дымовых труби и т. п.) или при кратковременных воздействиях высоких температур. Цементный тяжелый бетон может достаточное время coxpaнять и даже увеличивать прочность при температурах до 100 С за счет дальнейшей гидратации цемента. Однако при более высоких температурах в цементном камне происходит обезвоживание гидросиликатов кальция, гидроалюмината кальция и разложение Са(ОН)2 с образованием СаО. При последующем воздействии влаги вновь образуется Са(ОН)2 , реакция протекает с увеличением объеме и может вызвать растрескивание бетона. Поэтому при длительных воздействиях высоких температур (до 1580 С) необходимо применять жаростойкие бетоны, а при температурах 1580- 1770 С - огнеупорные бетоны. Эти бетоны по средней плотности могут быть особо тяжелыми, тяжелыми, облегченными, легкими, ячеистыми. Для их изготовления используют вяжущие вещества:
1. портландцемент, в состав которого вводят тонкоизмельченный материал, содержащий активный Si02, который реагирует с Са(ОН)2 при температуре 700 -900 С и связывает его;
2. глиноземистый цемент;
3. высокоглиноземистый цемент; алюмофосфатное вяжущее;
4. жидкое стекло с добавкой, ускоряющей его твердение, например Na2SiF6;
5. шлакопортландцементы.
Если бетон одновременно работает в условиях высоких температур (до 1000С) и кислых сред, то целесообразно использовать вяжущие вещества на жидком стекле. Еще более высокой стойкостью к высоким температурам (свыше 1580 С) обладает высокоглиноземистый цемент, содержащий 65 - 80% глинозема А12Оэ. Используя этот цемент и высокоогнеупорные заполнители, изготовляют бетоны, эксплуатирующиеся при температурах до 1700С. В этих же условиях применяют бетоны на фосфатных и алюмофосфатных связующих веществах; такие бетоны имеют небольшую огневую усадку и хорошо сопротивляются истирающим воздействием.
Заполнители для жаростойких бетонов должны сохранять свои свойства при длительных воздействиях высоких температур. К ним относятся: хромитовые руды, бой магнезита, щебень из базальтов и диабазов, щебень из кирпичного боя и бескварцевых сиенитов, габбро и др. В зависимости от температуры эксплуатации выбирают соответствующие заполнители. Например, при температурах 700 - 900 С применяют бой обычного кирпича, а при более высоких температурах заполнители должны быть из огнеупорных материалов; шамотных, хромомагнезитовых, хромитовых руд и др.
Специальные бетоны. Часть 3
Легкие жаростойкие бетоны эксплуатируются при температурах до 1200 С, их средняя плотность составляет менее 2100 кг/м3 за счет использования в качестве заполнителей пористых щебня или гравия: керамзита, вулканического туфа, вспученного перлита, вспученного вермикулита, боя легковесных огнеупоров. При их использовании удается сократить теплопотери в окружающую среду, так как теплопроводность легких бетонов в 1,5 - 2,0 раза меньше, чем у тяжелых.
Ячеистые жаростойкие бетоны отличаются еще меньшей теплопроводностью, их средняя плотность 500-1200 кг/м3 . Разработан состав особо легкого бетона, вяжущим веществом в котором служит портландцемент, тонкомолотая силикат-глыба и легкие пористые заполнители. Этот бетон эксплуатируется при температурах до 1000 С. Его теплопроводность при 20 С составляет 0,09 Вт/(м o К), I при 600 С - 0,2 Вт/(м * К), средняя плотность - 300 кг/м3 , что позволяет существенно уменьшить толщину конструкций и облицовок по сравнению с тяжелыми и даже с легкими жароупорными бетонами.
Одним из наиболее перспективных компонентов жаростойких бетонов является алюмохромовый тонкодисперсный порошок, имеющий высокую огнеупорность (до 2000 С), исследования НИИ керамзита показали, что его целесообразно добавлять к смешанным вяжущим веществам на портландцементе и глиноземистом цементе. Получены жаростойкие бетоны, сохраняющие прочность и другие необходимые свойства в заданных пределах при температурах эксплуатации 2000 - 2500 С. Их изготовляют на основе цирконийсодержащих вяжущих веществ с использованием тугоплавких и огнеупорных заполнителей.
Жаростойкие бетоны в виде сборных изделий и в монолите применяют в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленностях, в производстве строительных материалов (печи, сушилки). Они дешевле фасонных огнеупорных изделий, их можно использовать взамен полукислых, шамотных и других огнеупорных материалов.
Кислотоупорный бетон - разновидность ИСК, применяется для изготовления конструкций и в качестве защитных слоев по железобетону, кирпичу и металлу от кислот. В качестве вяжущего вещества для кислотоупорного бетона применяют специальный (кислотоупорный) цемент на основе жидкого стекла. Кислотоупорный цемент состоит из смеси тонкомолотого наполнителя (кварцевого песка, андезитовой, диабазовой или базальтовой муки) с инициатором твердения - кремнефтористым натрием. Эта смесь затворяется водным раствором силиката натрия или калия (жидким стеклом). Заполнители также должны быть кислотостойкими, Таковыми являются кварцевый песок и щебень из андезита, бештаунита, кварцита, диабаза, базальта, кислотостойкой керамики.
Примерный состав кислотоупорного бетона в процентах по массе: жидкое стекло - 9-11; кремнефтористый натрий - 1,3 - 2,0; тонкомолотые наполнители - 12-16; кварцевый песок - 24 - 26; кислотостойкий щебень - 48 - 50. Предел прочности при сжатии горных пород, из которых получают щебень и песок, должен быть не ниже 60 МПа. Запрещается применение заполнителей из карбонатных пород (известняков, доломитов и др.), в заполнителях не должно быть металлических включений. Отдозированные материалы перемешивают (загружая их в смеситель в определенной последовательности) до однородного состояния. Полученные смеси применяют для устройства защитных слоев либо прессуют из них штучные изделия: трубы, детали резервуаров, химическую аппаратуру. Жизнеспособность бетонной смеси - не более 50 мин при температуре 20 С, с повышением температуры она уменьшается; транспортирование, укладку и уплотнение бетонной смеси подлежит вести непрерывно при температуре не ниже 10С. Бетонную смесь на жидком стекле после укладки уплотняют вибрированием. Ее твердение продолжается не менее 10 суток на воздухе при температуре не ниже 15 С и относительной влажности воздуха не выше 70 %. После отвердевания рекомендуется поверхность бетона смочить 25 -40 % раствором серной или соляной кислоты для повышения химической стойкости. Кислотоупорный бетон (раствор) выдерживает действие концентрированных кислот, но вода, слабые кислоты и щелочи разрушают его.
Разновидностью кислотоупорного бетона является кислотоводостойкий бетон, в котором повышено содержание жидкого стекла (18 - 20% натриевого или 15% калиевого жидкого стекла).
Кислотонепроницаемость этих бетонов обеспечивается введением в состав бетона полимерных добавок в количестве 3 - 5 % от массы жидкого стекла: фуранового спирта, фурфурола, ацетоноформальдегидной смолы и др. Водостойкость повышают введением полимерных добавок в количестве до 10-12% от массы от жидкого стекла: карбамидной смолы, кремнийорганических гидрофобизирующих жидкостей ГКЖ-10 или ГКЖ-11, эмульсии парафина и др.
Специальные бетоны. Часть 4
Гидроизоляционный бетон применяют для устройства гидроизоляции в шахтах, подвалах, для зачеканки швов, при строительстве гаражей, туннелей в метрополитенах и т. п. Для изготовления гидроизоляционных бетонов (растворов) применяют напрягающий цемент - быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество или расширяющийся цемент. При твердении этих цементов происходит увеличение объема цементного теста за счет образования в нем повышенного количества эттрингита, что приводит к уплотнению структуры бетона. При испытании гидроизоляционного бетона не наблюдается фильтрации воды через его толщину при давлении воды до 2 МПа, т.е. он практически водонепроницаем, имеет высокие морозостойкость и стойкость 1 агрессивных средах. Свежеприготовленную бетонную смесь укладывают в опалубку и уплотняют глубинным или поверхностным вибратором. Раствор или мелкозернистый бетон наносят вручную либо торкретированием (под давлением) из специальной установки.
Бетоны для защиты от радиоактивного воздействия применяют при строительстве и ремонте атомных электростанций, в рентгеновских кабинетах, для защиты от радиоактивных лучей и т.п. Эти бетоны являются особо плотными, их средняя плотность составляет 2500 - 6000 кг/м3 , гидратные бетоны содержат повышенное количество химически связанной воды - более 3 % по массе, а следовательно, и водорода. Водород способствует поглощению бетоном нейтронов, ?-лучей и др. Вяжущим веществом в особо тяжелых бетонах служит портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый (расширяющийся) цемент, в гидратных бетонах - глиноземистый, напрягающий (самонапрягаемый), быстротвердеющий и др. Эти цементы способствуют удержанию химически связанной и адсорбционной воды в бетонах. Крупные заполнители в особо тяжелых бетонах (с высокой плотностью): железные руды (магнетит и гематит) с содержанием железа не менее 60%, барит, металлический скрап, бурый железняк (лимонит) Fe203*nH20, позволяющий повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне, обрезки железа и т.п. Песок представляет собой дробленый бурый железняк, лимонит, баритовые руды (барит) и др. Для повышения защитных свойств особо тяжелых бетонов вводят добавки: карбид бора, хлористый литий, сернокислый кадмий. К заполнителям предъявляются специальные требования по плотности, прочности, водопоглощению, химическому составу.
Бетон для защиты от радиоактивного воздействия должен иметь заданную прочность, плотность, относительно низкий модуль упругости, содержать определенное количество химически связанной воды, задерживать радиоактивные частицы. Бетоны, расположенные у активного реактора, должны обладать стойкостью к радиоактивным излучениям, быть огне- и жаростойкими при возможных авариях, иметь минимальную усадку и соответствовать другим специальным требованиям. Для проектирования составов этих бетонов существуют специальные методы; оптимальные составы особо тяжелых и гидратных бетонов можно рассчитывать общим методом теории ИСК. Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесителях, уплотнение их осуществляется вибраторами, т.е. по той же технологии, что и обычные бетонные смеси.
Мелкозернистый бетон изготовляют без крупного заполнителя, что приводит к повышенной водопотребности бетонной смеси и увеличению расхода цемента на 20 - 40% по сравнению с обычным бетоном той же прочности и подвижности бетонной смеси. Применение высококачественного песка, суперпластификатора и интенсивного уплотнения позволяет уменьшить расход цемента в мелкозернистых бетонах. Мелкозернистый бетон отличается повышенной прочностью на изгиб; его применяют для изготовления тонкостенных и армоцементных конструкций, мелкопнутых тротуарных прессованных плит. Мелкозернистые бетоны на известковых вяжущих (силикатные материалы автоклавного твердения) находят широкое применение в современном строительстве. При их производстве широко используют отходы: золы ТЭС, шлаки, что позволяет существенно снизить их стоимость.
Серный бетон изготовляют из сухих заполнителей: щебня, песка, минерального порошка, которые предварительно нагревают и при температуре 140- 150 С и перемешивают с расплавленной серой. Таким образом получается формовочная смесь с температурой 145- 155 С. Наполнители должны быть кислотостойкими: молотый кварцевый песок, андезитовая мука и др. За рубежом из серного бетона изготовляют сваи, фундаменты, дорожные покрытия, полы промышленных предприятий, в которых имеется наличие агрессивной кислотной среды. В зависимости от заполнителя серные бетоны подразделяются на легкие, тяжелые и особо тяжелые; по структуре - на плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые. Бетонные смеси в зависимости от расхода серного вяжущего вещества (смесь расплавленной серы с порошкообразным наполнителем) могут быть литыми, подвижными, жесткими и особо жесткими. Уплотнение их производится вибрацией, прессованием или комбинированным способом. При остывании происходит затвердение серных бетонов, при этом сера кристаллизуется на поверхности заполнителей. Для приготовления и укладки смеси можно использовать как стандартное оборудование, так и специальное. Производство серных бетонов по технологическим параметрам и оборудованию сходно с производством асфальтовых бетонов. Из серного бетона изготавляют тротуарные плитки, торцевые шашки, дорожные плиты, бортовой камень, плиты для полов с агрессивной средой, канализационные и дренажные трубы, фундаментные блоки, черепицу, отделочные плиты и др. Стоимость серного бетона примерно в два раза выше по сравнению с цементным бетоном, поэтому в России его применяют пока в небольшом объеме. Однако некоторые химические предприятия могут поставлять серосодержащие отходы с содержанием технической серы 25 - 80 %. Кроме того, большое количество серосодержащих отходов образуется при добыче серы. Использование этих отходов позволит улучшить защиту окружающей среды и снизить стоимость серных бетонов.
Специальные бетоны. Часть 5
Полимерсерные бетоны получают на основе технической серы, полимерных добавок, минеральных заполнителей и наполнителей. В качестве полимерной добавки (1 - 5 %) применяют хлорпарафин, стирол, дициклопентадиен и др. Вместо технической серы можно использовать серосодержащие отходы: золы и хвосты отстоя. Мелким заполнителем является кварцевый песок, щебень из горных пород, наполнителями - кварцевая или андезитовая мука, маршаллит и др. Серу или серосодержащие отходы расплавляют совместно с полимерными добавками и наполнителем в плавителе при температуре 150 С, а потом перемешивают в обогреваемом бетоносмесителе с заполнителями. Из такой смеси виброформованием изготовляют дорожные и тротуарные плиты, бордюрные камни, химически стойкие полы.
В зависимости от применяемых заполнителей средняя плотность полимерсерных бетонов составляет 300 - 2500 кг/м3 , пределы прочности: при сжатии 10 - 80 МПа, при растяжении 12-13 МПа, при изгибе 10-11 МПа. Эти бетоны быстро твердеют, их можно армировать стальной или стеклопластиковой арматурой и применять в сборном и монолитном строительстве промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
Бетон на шлакощелочных вяжущих веществах в качестве основного алюмосиликатного компонента содержит молотый гранулированный шлак, а в качестве щелочного - растворы щелочей (натрия Или калия). Заполнители могут быть разными: из горных пород - гранитовый, известковый и другой щебень, искусственные - керамзит, вспученный перлит. В качестве мелкого заполнителя используют природные пески, супеси, лессы и легкие суглинки. В шлакощелочных бетонах наличие в заполнителях пылевидных и глинистых частиц при твердении полезно, так как образуются дополнительные упрочняющие соединения - нерастворимые щелочные гидроалюмосиликаты.
В зависимости от вида и качества заполнителей, а также от способа тепловой обработки (естественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка) предел прочности на сжатие бетонов составляет 30-150 МПа. Бетоны отличаются высокой морозостойкостью (до 700 циклов и более), жаростойкостью, водонепроницаемостью - до 2 МПа, износостойкостью, высокой коррозионной стойкостью. Легкие шлакощелочные бетоны имеют предел прочности на сжатие 3 - 60 МПа при средней плотности 300-1900 кг/м3 . Можно получать и ячеистые шлакощелочные бетоны с применением пенообразователей или газообразователей.
Свойства шлакощелочных бетонов существенно зависят от характера контакта между вяжущим веществом и заполнителем. Эксперименты, проведенные В. Г. Герасимчуком, показали, что в контактной зоне существует максимальный экстремум микротвердости, повышенное содержание новообразований, наивысший коэффициент корреляции химических элементов, т.е. структура контактного слоя приближается к оптимальной. Шлакощелочные бетоны применяют при устройстве дорожных оснований и покрытий, тротуарных плит, стеновых блоков, для устройства фундаментов. Разработана технология производства жаростойкого ячеистого бетона с применением металлургических гранулированных шлаков и щелочи. Из него изготовляют плиты размерами 750х500х70 и 750x500x200 мм.
Специальные бетоны. Часть 6
Бетонополимеры - цементные бетоны, в которых поры частично или полностью заполнены затвердевшим полимером. Заполнение порового пространства осуществляется пропиткой цементного бетона низковязкими полимеризующимися олигомерами (полиэфирными, эпоксидными) или мономерами (метилметакрилат или стирол), для чего бетонные или железобетонные изделия предварительно высушивают до 1%-ной влажности, помещают в специальную камеру и вакуумируют, а потом заливают мономер или олигомер для пропитки, после чего избыток пропитывающего состава сливают. Полимеризация осуществляется в той же камере или в автоклаве при нагреве либо под действием радиации от радиоактивного кобальта. Время пропитки составляет 2-4 ч, время каталитической полимеризации при температуре 20- 100 С составляет 4 -6 ч.
Бетонополимеры имеют высокую прочность, которая увеличивается в несколько раз по сравнению с прочностью бетонов до пропитки, низкое водопоглощение за 24 ч (0,02 - 0,03%), возрастающую морозостойкость, сопротивляемость истирающим воздействиям и химическую стойкость. Однако стоимость бетонополимеров высокая, их применяют при устройстве полов промышленных зданий, напорных труб, линий электропередачи, свайных фундаментов, т.е. для изготовления изделий и конструкций, работающих в суровых условиях.
Полимерцементный бетон изготовляют с применением комплексного вяжущего вещества - неорганического (различные цементы) и органического в виде водных дисперсий полимеров (эмульсий и латексов). Эмульсии и латексы являются продуктами эмульсионной полимеризации и сополимеризации мономеров (винилацетата, винилхлорида, стирола и др.). Используют также натуральные и синтетические латексы: дивинилстирольных марок СКС-30, СКС-50, дивинилнитрильный - СКН-40, поливинилацетатную эмульсию и др. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, щебень из гранита, андезита и других горных пород. Чаще используют песчаные полимерцементные бетоны. Свойства бетонов зависят главным образом от полимерцементного отношения (П/Ц); Масса полимера берется в сухом состоянии. Например, для полимерцементного бетона с добавкой поливинилацетатной эмульсии (ПВА) максимальная прочность достигается при содержании ПВА в количестве 20 % от массы цемента, т.е. в данном случае отношение П/Ц = 0,2 является оптимальным.
Достоинствами полимерцементных бетонов являются высокие прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление удару и истиранию, недостатками - повышенные усадка и ползучесть. Эти бетоны применяют при устройстве полов в общественных и промышленных зданиях, покрытий дорог, аэродромов, при реставрационных работах по бетону.
Фибробетон - это мелкозернистый бетон, дисперсно-армированный волокнами (фиброй). Фибра имеет хорошее сцепление с бетоном; коэффициенты линейного температурного расширения у фибры и бетона примерно одинаковы, за счет чего обеспечивается их совместная работа. Волокна имеют высокую прочность на разрыв, должны быть стойкими в щелочной среде цементного бетона (раствора). В зависимости от конструкции применяют стеклянные волокна из бесщелочного стекла, базальтовые, кварцевые, металлические (из обычной или нержавеющей стали), синтетические (пропиленовые, капроновые). Фиброармирование уменьшает раскрытие трещин от растяжения в конструкциях, усадку и ползучесть (до 30 %), повышает водонепроницаемость и морозостойкость, сопротивление истиранию и удару. Из фибробетона изготовляют плиты для полов и тротуаров, дорожные и аэродромные плиты, комплектуют для отделки каналов и туннелей, оболочки покрытий и крыш, кольца и трубы подземных коммуникаций и др.
Статьи
Бетоны для защиты от радиоактивных излучений16 February 2010 |
| Из всех радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают у-излучение и нейтроны. Способность материала поглощать у-излучение пропорциональна его плотности. Для ослабления потока нейтронов в материале, наоборот, должны присутствовать элементы с малой атомной массой, как, например, водород. Бетон является эффективным материалом для биологической защиты ядерных реакторов, поскольку в нем удачно сочетаются при сравнительно низкой стоимости высокая плотность содержание определенного количества водорода в химически связанной воде. Для уменьшения толщины защитных экранов при возведении атомных электростанций и предприятий по производству изотопов наряду с обычными применяют особо тяжелые бетоны со средней плотностью от 2500 до 7000 кг/м3 и гидратные бетоны с высоким содержанием химически связанной воды. С этой целью используют тяжелые природные или искусственные заполнители: магнетитовые, гематитовые или лимонитовые железные руды, барит, металлический скрап, свинцовую дробь и др. |