Определение и краткая история высокопрочного бетона
Современное массовое строительство в России, строительство высотных зданий, мостов, дорог, туннелей, очистных сооружений потребует применения в больших объемах строительных материалов, в наибольшей степени подходящих по своим технико-экономическим показателям. В целом ряде случаев таким материалом может быть высокопрочный бетон. Высокая механическая прочность, газо- и водонепроницаемость, коррозионная стойкость и стойкость к воздействию агрессивной среды, истиранию ставят этот материал в целом ряде случаев вне конкуренции при сравнении с традиционными строительными материалами.
Сегодня в странах ЕС к высокопрочным принято относить бетоны с прочностью на сжатие от 60 до 130 МПа. Для таких бетонов разработаны нормы и правила, изложенные в вышеупомянутых нормах. Уменьшив размер зерен заполнителя до 600 мкм и менее и понизив В/Ц отношение до 0,15, можно достичь прочности бетона значительно выше 200 МПа. В таком случае говорят о ультравысокопрочных бетонах (UHPS), которые в данной статье не рассматриваются.
Стремление получить бетон с возможно более высокой прочностью присуще строительной науке с момента ее основания. Но впервые термин «высокопрочный бетон» был введен в 1929 г. в Америке, где для высотного строительства исследовались новые составы бетонов и где в лабораторных условиях еще в 30-е годы были получены бетоны, прочность на сжатие которых достигала 130 МПа. В Европе, в частности в ФРГ, первые высокопрочные бетоны были получены в 40-е годы, опять же в лабораторных условиях. И если в 1966 г. была достигнута прочность 140 МПа в лаборатории, то в 1988 г. уже в промышленных условиях производились тюбинги из бетона В85.
Первые высокопрочные бетоны получали, применяя жесткие смеси, особые способы уплотнения, автоклавное твердение. Поскольку было установлено, что в бетоне самым слабым элементом является цементный камень, прочность которого напрямую зависит от водоцементного отношения, то понизить это отношение сколько возможно представлялось вполне естественным стремлением. При В/Ц=0,4 можно исходить из того, что вся вода будет вовлечена в реакцию гидратации цемента, что воспрепятствует образованию капиллярных пор в цементном камне. При дальнейшем понижении В/Ц отношения не вступивший в реакцию «излишний» цемент служит высокопрочным микрозернистым наполнителем, что еще больше повышает прочность бетона. Однако такая «полусухая» смесь в условиях стройплощадки не поддается обработке, и, чтобы повысить удобоукладываемость смеси, приходится добавлять «лишнюю» воду.
Неразрушающий и разрушающий контроль прочности бетона
... между прочностью бетона и косвенной характеристикой. Градуировочную зависимость устанавливают для бетонов одного проектного возраста и приготовленных из одинаковых материалов по результатам испытаний на прочность образцов-кубов. Итак, все методы неразрушающего контроля прочности бетона требуют ...
Два решающих фактора привели к применению в 70-е годы ВБ в строительстве. Во-первых, это открытие в Японии и ФРГ того явления, что при добавлении в бетонную смесь органических соединений на основе нафталинформальдегида или меламинформальдегида значительно повышают ее подвижность. Во-вторых, была открыта кремнеземная пыль (микрокремнезем) как добавка в бетон. Частички этой пыли, имея размер в 30-100 раз меньший, чем у зерен цемента, заполняют пространство между этими зернами.
Этим достигается высокая плотность цементного камня и контактной зоны. К тому же кремнеземная пыль вступает в пуццолановую реакцию с окисью кальция, которая имеет невысокую механическую прочность. Получаемые в результате реакции кальциясиликатогидраты дополнительно повышают прочность цементного камня.
В последнее время открыты новые высокоэффективные синтетические пластификаторы, а наряду с кремнеземной пылью широко применяется зола-унос и доменные шлаки. Разработанные на сегодняшний день составы позволяют понизить В/Ц отношение до 0,3-0,25 и получать в промышленных условиях бетоны прочностью на сжатие свыше 140 МПа.
Накопленный опыт применения ВБ в строительстве позволил странам ЕС создать нормативную базу для производства и применения бетонов прочностью на сжатие до 130 МПа.
Технология. Общие положения
Обычные нормальные бетоны можно рассматривать как трехкомпонентный строительный материал, состоящий из цемента, воды и заполнителя. Важнейшими характеристиками бетона являются прочность на сжатие, прочность на растяжение и модуль упругости Е. Эти характеристики должны быть целенаправленны и наверняка достигнуты. Также к бетону могут быть предъявлены повышенные требования по водо- и газонепроницаемости, стойкости к агрессивной среде, морозостойкости и стойкости к истиранию.
Высокопрочный бетон является дальнейшим эмпирически обоснованным развитием нормальных бетонов. Для применения высокопрочных бетонов в странах ЕС установлены практические правила, позволяющие использовать эти бетоны при строительстве высотных зданий, мостов, дорог, буровых платформ и пр. Чтобы достичь в промышленных условиях высоких характеристик бетона, необходимо применение:
- а) наполнителей — кремнеземной пыли (микрокремнезема), золы-уноса, металлургических шлаков, метакоалина;
- б) пластификаторов, которые позволили бы понизить В/Ц отношение, сохранив при этом необходимую подвижность смеси.
Таким образом, в противоположность нормальным бетонам высокопрочный бетон можно рассматривать как пятикомпонентную систему, состоящую из цемента, воды, заполнителя, наполнителей, пластификаторов.
Для придания высокопрочному бетону особых свойств могут применяться дополнительные компоненты, например, замедлители/ускорители твердения, порообразователи и т. д.
Разработка предложений по совершенствованию контроля качества ...
... изучение понятия "бетон" и его видов: изучение способов получения бетона и приготовления бетонных смесей; изучение нормативных документов, регламентирующих контроль качества бетона и его смесей; ознакомление со структурой ... просеянный шлак, в качестве вяжущего - цемент и известь. Стены из опилкобетона легкие, обладают малой теплопроводностью и достаточной прочностью для малоэтажных зданий. ...
Исходные материалы
На характеристики высокопрочного бетона влияют следующие факторы:
- количество и качество исходных материалов — цемента, заполнителей, наполнителей и воды;
- способ приготовления смеси;
- условия окружающей среды;
- условия твердения бетона;
- воздействие субъективных факторов (опыт и интуиция людей).
При этом практика показала, что при продвижении в экстремальные области науки о бетоне некоторые известные из применения нормальных бетонов зависимости меняются, теряя или же, напротив, приобретая в значении.
Цемент
От применяемых цементов напрямую зависят важнейшие характеристики бетона — прочность, удобоукладываемость при низких В/Ц отношениях, усадка или деформация под длительной нагрузкой.
Важнейшими характеристиками используемых в ВБ цементов являются:
- минералогический состав клинкера;
- размер и соотношение зерен цемента.
Большинство обычных цементов могут быть использованы при производстве высокопрочных бетонов. Это могут быть как портландцементы, так и шлакопортландцементы или пуццолановые цементы. Однако в большинстве случаев применяются портландцементы ввиду высокой ранней и 28-суточной прочности ВБ на их основе. При этом важно заметить, что нормативная прочность цемента, установленная при В/Ц=0,5, не играет определяющей роли для прочности бетона при низких В/Ц отношениях. Критерием выбора тех или иных цементов, выпускаемых по европейским нормам, могут быть их следующие особенности в сравнении с наиболее часто применяемым СЕМI 42,5R (аналог ПЦ 500Д20).32,5R — прочность до В95, грубый помол позволяет достигать меньшего В/Ц отношения, при одинаковой консистенции смеси и меньшем В/Ц отношении достигается сравнимая 28-дневная прочность.52,5R, CEMI 52,5 — тонкий помол требует большого расхода пластификаторов, при низком В/Ц отношении трудно или невозможно достичь требуемой для укладки смеси консистенции, при одинаковых В/Ц отношении и консистенции смеси несколько большая 28-суточная прочность, меньшая живучесть смеси, высокая ранняя прочность, большее тепловыделение при твердении, большие усадочные деформации, отсутствует нарастание прочности после 28 суток твердения бетона.
СЕМIII 32,5 и СЕМIII42,5 — низкая ранняя и 28-суточная прочность, нарастание прочности после 28 суток твердения, от 90 до 360 суток твердения возможно достижение сравнимой с 28-суточной прочности, незначительное тепловыделение при твердении, более долгая живучесть смеси, меньшая усадка, незначительный опыт применения таких цементов при использовании ВБ в строительстве.
(CEMI — портландцемент, CEMII — композиционный портландцемент, CEMIII — шлакопортландцемент; цифра означает прочность в МПа, буква R — быстросхватывающийся.)
Важно обратить внимание, что цементы одного вида и класса прочности, но различные по минералогическому составу клинкера и процентному соотношению размера зерен, могут давать в ВБ при низких В/Ц отношениях различные результаты.
В большинстве случаев в странах ЕС для приготовления высокопрочных бетонов используют портландцемент марки СЕМI 42,5R. Чтобы уменьшить тепловыделение при твердении ВБ и связанные с этим усадку, образование трещин, отшелушивание поверхностного слоя, применяют, особенно в жаркий период, смесь из портланд- и шлакопортландцемента. Хороший результат дает также замена части цемента молотыми шлаками или золой-уносом. Расход цемента для приготовления высокопрочных бетонов лежит обычно в пределах 380-450 кг/куб. м.
Поведение бетона во время пожара
... бетонной смеси, методы ее укладки, уплотнения и условий твердения, обеспечивающие получение бетонных конструкций высоких прочности и долговечности. Бетон — один из важнейших строительных материалов, ... изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокой плотности. Поведение бетона во время пожара Свойства бетона и железобетона при нагревании обусловливаются поведением их составляющих: ...
Заполнители
С возрастанием прочности бетона механические свойства заполнителей играют все возрастающую роль. Также нужно принимать во внимание форму и размер зерен, количественное соотношение содержания зерен разного размера, а также химическое взаимодействие между заполнителем и цементной матрицей. И если в нормальных бетонах заполнитель играет роль лишь инертного материала, то в ВБ качества и свойства заполнителей вносят значительный вклад в достижение бетоном возможной прочности.
В ФРГ качества и свойства заполнителей для ВБ определяются DIN 1045-2. При этом содержание зерен песка менее 0,125 до 0,25 мм должно быть как можно низким (до 3%), 0,25-2 мм лежит в пределах 21-36%, остаток заполнителя — речная галька крупностью до 16 или 8 мм соответственно. Верхняя граница зерен заполнителя в 8 или 16 мм определена с тем, чтобы могла быть достигнута возможно большая плотность наполнения тела бетона и снижены внутренние напряжения, вызванные неоднородностью структуры. В отдельных, редких случаях может быть установлена верхняя граница размера зерен заполнителя в 32 мм.
Для достижения бетоном прочности свыше 100 МПа требуется в качестве заполнителя щебень базальтовых, габбро- или гранитных пород. В ФРГ для бетонов С90/105 и С110/115 используется в основном базальтовый щебень.
Вода
Количество воды для затворения бетона складывается из содержания влаги заполнителя, наполнителя и добавленной воды. Для того чтобы достичь намеченного в/ц отношения, нужно следить за количеством воды, привнесенной заполнителем и (возможно) наполнителем, а также принимать во внимание водопоглощение всех компонентов бетона. Для защиты арматуры от коррозии следует обращать особое внимание на содержание хлоридов в воде.
Наполнители
В качестве наполнителей для ВБ до сегодняшнего дня применялись микрокремнезем в виде пыли или водной суспензии состава 1:1, зола-унос, метакоалин.
В некоторых случаях применяется кварцевая или известковая мука, чтобы повысить плотность наполнения бетона. Добавление этих наполнителей в бетон вызывает следующие эффекты, ведущие к увеличению прочности и улучшению свойств бетона:
- уменьшение порообразования в цементном камне (благодаря своим микроразмерам зерна наполнителя проникают в пространство между зернами частично не вступившего в реакцию цемента и значительно повышают плотность цементного камня);
- образование дополнительных кальция-силикатогидратов как первичных носителей прочности цементного камня посредством пуццолановой реакции;
- упрочнение контактной зоны между цементным камнем и заполнителем вследствие уменьшения количества и размеров пор и образования дополнительно кальция-силикатогидратов в этой зоне.
бетон цемент заполнитель прочность
Зола-унос
Зола-унос (з-у) образуется при сжигании каменного угля и улавливается из дыма электрофильтрами. Она представляет собой частички тонкой стекловидной пыли с удельной поверхностью от 3 000 кв. см/г. По химическому составу з-у сравнима с натуральными пуццоланами. Благодаря пуццолановым свойствам з-у используется многие годы при производстве бетонов нормальной прочности, особенно для массивных деталей, с целью уменьшения теплообразования при твердении. При приготовлении ВБ накоплен также значительный положительный опыт применения з-у.
Технологии производства цемента
... Прочность изделий из жаростойкого (жароупорного, огнеупорного) бетона зависит от количества вносимого цемента. Чем выше расход цемента, тем выше прочность изделий (класс). Однако при излишнем количестве цемента ... цементов, описать технологии производства цементов, дать характеристику сырья для их получения, основных стадии производства, привести блок-схему производства, ... пластовых вод и объемным ...
Микрокремнезем
Микрокремнезем (мк) — аморфный кремнезем (белая сажа силикатный дым) — образуется как побочный продукт при производстве ферросилиция и осаждается на рукавах электрофильтров. Большую часть мк образуют частички аморфной двуокиси кремния почти идеальной круглой формы средним размером около 0,1 мкм и удельной поверхностью 16-22 кв. м/г.
В ФРГ в качестве наполнителя применяют в основном мк. Согласно действующим нормам, количество мк не должно превышать 10% от массы цемента. Но даже 2% от массы цемента достаточно, чтобы значительно увеличить прочность и улучшить свойства бетона.
Хороший результат дает совместное использование в качестве наполнителя мк и з-у. Вследствие различия в размерах частичек мк и з-у достигается более плотная структура бетона, что особенно благотворно влияет на стойкость бетона к агрессивному воздействию среды. Второй благоприятный эффект — это пониженное теплообразование при твердении бетона, особенно если часть цемента заменить золой-уносом. При этом количество з-у не должно превышать 25% от массы цемента (в случае применения шлакопортландцемента — 8%).
Общее количество вяжущего в бетоне в случае совместного применения мк и з-у можно определить по формуле:
Вс=ц+мк+0,4 з-у,
где: Вс — расчетное количество вяжущего в 1 куб. м смеси; ц — количество цемента; мк — количество микрокремнезема (не более 10%ц); з-у — количество золы-уноса (не более 25%ц).
В этом случае В/Ц отношение будет называться модифицированным и определяться по формуле:
В/Ц=(В+Вмк+Вн+Вз):Вс,
где: В/Ц — модифицированное водоцементное отношение; В — количество воды в 1 куб. м смеси; Вмк — количество воды в микрокремнеземной суспензии; Вн — количество воды в наполнителе; Вз — количество воды в заполнителе вследствие влажности.
Метакоалин
Метакоалин (мтк) получают спеканием при температуре 450-800 0С содержащих коалин естественных минералов. По сравнению с микрокремнеземом мтк проявляет вдвое большее пуццолановое действие.
В зависимости от помола размер частиц мтк лежит в области между мк и цементом.
Наносиликат
Наносиликат (нс) — это синтетически произведенная кремневая кислота. Содержание SiO2 достигает 100%. По пуццолановому эффекту нс сравним с микрокремнеземом. До сегодняшнего дня нс применялся преимущественно как основа для производства стабилизаторов.
Основные характеристики наполнителей приведены в таблице:
Содержание окисловМикрокремнеземНаносиликатМетакаолинЗола-унос
<t< p=»»></t<>
Класс бетонаВ65В75В75В85В85В95В115, Заключение
Высокопрочный бетон — это прежде бетон с более совершенной структурой цементного камня, с высокой прочностью сцепления его с заполнителями, которые должны иметь не только высокую прочность и чистоту, но и оптимальный гранулометрический состав. Толщина слоев цементного камня между зернами прочных и плотных заполнителей должна быть как можно меньше, это достигается эффективным уплотнением бетонной смеси.
Производство бетона
... выделяться во внешнюю среду вредные вещества в количествах, превышающих действующие санитарно-гигиенические нормы [1], [2]. Минимальный расход цемента в бетонах, эксплуатируемых в неагрессивных средах, в зависимости от ... 1.3 Расчет потраченных сырьевых материалов По Рис.1 определяем расход воды в зав-ти от жесткости бетонной смеси, вида и крупности заполнителя. Рис 1. Согласно рис.1 при ...
Проблема повышения прочности бетона была актуальной на протяжении всего периода развития и совершенствования технологии бетона. Применение бетонов высокой прочности для изготовления конструкций, особенно предварительно напряженных, обеспечивает не только существенное расширение возможностей и повышение научно-технического уровня строительства, но имеет и важное технико-экономическое значение. Значительно повышается качество, надежность и долговечность конструкций.
Список использованной литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/samouplotnyayuschiesya-betonyi/
1. Модифицированные бетоны нового поколения в сооружениях ММДЦ «Москва — Сити». Часть 1. С.С. Каприелов, В.И. Травуш, Н.И. Карпенко, А.В. Шейнфельд и др. Строительные материалы. 2006. № 10. С. 13 — 17.
— Берг О.Я., Щербаков Е.Н., Высокопрочный бетон. М., 1971
— Рыжов И.Н. Самоуплотняющиеся бетонные смеси — производство и применение. Бетон и железобетон. Оборудование. Материалы. Технологии. 2008. Сборник № 1. С. 120 — 122.
— Ваучский М.Н., Иванов А.Н. Наномир: высокие технологии XXI века. Строительная газета. № 1 (10012).
1 января 2009. С. 12.
