Технологическая аналогия
Если в хрупком листовом материале (стекло или оргстекло) по каким?либо причинам появилась трещина, то самым верным способом остановить её развитие — просверлить небольшое отверстие на самом кончике трещины, сняв, как говорят специалисты, концентрацию напряжений.
Заполнитель бетона (песок, щебень) — это и есть те самые элементы, на которых останавливают своё развитие усадочные трещины цементного камня.
Поэтому чем больше в бетоне цемента, тем больше его усадка и вероятность растрескивания. Так что желание застройщиков–перестраховщиков сделать бетон крепче через увеличение объема засыпаемого цемента — далеко не оправдано.
В настоящее время в строительной практике используются расширяющиеся и безусадочные цементы, лишенные этого недостатка (гипсоглиноземистый расширяющийся цемент и расширяющийся портландцемент). Гипсовая добавка в этих цементах связывает лишнюю воду, одновременно создавая расширяющуюся составляющую цементного камня.
Следует отметить, что простая добавка гипса в портландцемент не допускается, т. к. в этом случае в цементном камне будут происходить необратимые разрушающие процессы, да и схватываться цемент будет слишком быстро.
Пористость
Для получения удобоукладываемой смеси приходится вводить в состав бетона в 2.. А раза больше воды, чем может связать твердеющий цемент. Химически не связанная вода, занимая некоторый объем, испаряясь, делает цемент пористым.
В среднем пористость плотно уложенного и затвердевшего бетона достигает 5…7%. При такой пористости бетон слабопроницаем для воды, но проницаем для легких нефтепродуктов (бензин, керосин) и газов.
Снижение пористости может осуществляться с использованием специальных цементов или введением в состав смеси специальных пластифицирующих добавок. Пористость бетона можно также уменьшить, увеличивая подвижность бетонного раствора за счет уплотнения смеси вибрацией (жесткие бетонные смеси с малым содержанием воды вибрацией не уплотняются).
Водонепроницаемость
Водонепроницаемость бетона зависит от пористости и структуры пор (замкнутые, капиллярные или сообщающиеся). Микропоры и капилляры размером более 0,1 мкм доступны для фильтрации воды.
Для повышения непроницаемости бетоны пропитывают специальными составами, вводят полимеры, покрывают бетон пленкообразующими составами.
Морозостойкость
Морозостойкость — способность бетона выдерживать многократное замораживание и оттаивание. Перед испытаниями бетон насыщают водой. При замерзании вода в порах увеличивается в объеме на 9% и вызывает большие внутренние напряжения, которые постепенно разрушают его структуру: сначала образуются мелкие трещины и разрушаются поверхностные слои, а затем — и более глубокие.
Морозостойкость оценивается по числу циклов "замораживание–оттаивание", при которых масса образца изменится не более чем на 5%, а его прочность снизится не более чем на 15%.
Высокая морозостойкость достигается применением жестких бетонных смесей, а также введением пластификаторов. Морзостойкость повышается при увеличении плотности бетона и снижении водоцементного соотношения В/Ц.
В настоящее время созданы бетоны с морозостойкостью 600…800 циклов (например, уплотненные прессованием бетоны на мелкозернистых заполнителях — песках), используемые в дорожных покрытиях.
Состав бетонной смеси
Составом бетона называется массовое или объемное соотношение вяжущего, заполнителей и воды. Если в составе не оговаривается единица измерения, то значит принято весовое соотношение компонентов. Наиболее часто состав бетона выражают в виде отношения Ц: П: Щ, которое показывает во сколько раз количество мелкого заполнителя П (песка) и крупного заполнителя Щ (щебня) больше, чем цемента (Ц). Расход цемента в пропорции принимается за единицу. Обязательно указывают расход воды, который выражается водоцементным отношением В/Ц.
Пример
Состав бетона 1:2,5:5 при В/Ц=0,5 соответствует следующему массовому расходу компонентов смеси:
— цемент — 1;
— песок — 2,5;
— щебень — 5;
— вода — 0,5.
Состав бетона может быть выражен не только в массовом выражении, ни и в объемных долях, удобных для дозирования непосредственно на строительной площадке.
Выражают также состав и в виде массового расхода материалов (кг), необходимых для приготовления 1 м3 (1000 л) бетонной смеси.
Пример
— цемент — 320;
— песок — 800;
— щебень — 1200;
— вода — 160;
Всего — 2480 кг.
Вариантов состава бетона может быть достаточно много. В большой степени на этом сказывается назначенная марка бетона, фракционный состав мелких и крупных заполнителей, а также марка используемого цемента. В зависимости от содержания компонентов обычные бетоны подразделяются на жесткие, пластичные и литые. Примерные составы бетонов (в объемных частях) приведены в таблице 17.
Таблица 17. Состав бетона на тяжелых заполнителях
Подбор состава бетонной смеси сводится к тому, чтобы расход цемента был минимальным. Это достигается в том случае, если объем крупного заполнителя в бетоне максимально возможный (обычно 0,75…0,85 от объема бетона), а мелкий заполнитель занимает пустоты между зернами крупного (рис. 90, а).
Достаточно плотный и легко трамбуемый бетон получают, если количество гравия (щебня) не превышает количество песка более чем в два раза. Что касается фракций песка для бетона с наименьшей пористостью, то там применяют песок, у которого на долю зерен диаметром 0,25 мм приходится 25% от общей массы, диаметром 1 мм — 25% и до 3 мм — 50%.
При отсутствии крупных фракций прочность бетона существенно не снижается, но расход цемента увеличивается (рис. 90, б).
Технологические добавки
Добавки в количестве от 0,1 до 2,5% от массы цемента применяются для снижения его расхода и улучшения технологических свойств смеси и бетона: изменения сроков схватывания и созревания, повышения прочности и морозостойкости, водо- и газонепроницаемости, усиления защитных свойств бетона по отношению к арматуре.
Суперпластификаторы
Наибольшее распространение в качестве добавки получили суперпластификаторы, назначение которых — разжижение бетонной смеси до высокоподвижной литой консистенции. Они приготавливаются на основе меламино- и нафталино–формальдегидных смол. Суть их применения — снижение межмолекулярных сил сцепления в смеси. Введение суперпластификатора в количестве 0,3…0,6% обеспечивает снижение расхода воды, повышает физико–механические свойства бетона, дает возможность снизить расход цемента на 10… 15%.
Отличительной особенностью суперпластификаторов является их кратковременность. Через 1…1,5 часа после их введения подвижность смесей резко снижается.
Ускорители твердения
Для ускорения твердения бетона в качестве добавок применяют сульфат натрия (СН), нитрит натрия (НН), хлорид кальция (ХК), нитрит кальция (НК).
Ингибиторы
Для защиты арматуры от коррозии в бетонную смесь добавляют ингибиторы нитрит–натрия (НН), нитрит–нитрат кальция (НН1К) и нитрит–нитрат сульфат натрия (НН1СН).
Противоморозные добавки
При температуре + 5 °С бетонные смеси резко снижают скорость набора прочности. При температуре ниже 0 °С химически несвязанная вода превращается в лед и увеличивается в объеме на 9%. В результате в бетоне возникают напряжения, разрушающие его структуру.
При оттаивании процесс гидратации цемента возобновляется, но из?за разрушенной структуры бетон не может набрать проектной прочности.
