Структура и свойства тяжелого бетона - раздел Образование, КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ Структура Тяжелого Бетона. Структуру Бетона Изучают На Разли...
Структура тяжелого бетона. Структуру бетона изучают на различных уровнях. Макроструктуру наблюдают невооруженным глазом или при небольшом увеличении. В качестве структурных элементов здесь выделяют крупный заполнитель, песок, цементный камень, воздушные поры. Иногда удобно принимать макроструктуру, состоящую из двух элементов: крупного заполнителя и растворной части, в которой объединяются цементный камень и песок. Микроструктуру наблюдают при большом увеличении под микроскопом. Так изучают структуру цементного камня, которая состоит из непрореагировавших зерен цемента, дисперсных частиц наполнителя, новообразований и микропор различных размеров. Большое значение для свойств бетона имеет различный характер микроструктуры цементного камня в объемном (в порах между зернами заполнителя) и пленочном (на их поверхности) состояниях. В межзерновом пространстве и крупных порах чаще появляются новообразования в кристаллическом виде. В оболочке новообразований вблизи границы с поверхностью заполнителя (контактной зоне), где возможности роста кристаллов ограничены, преобладают гелеобразные субмикрокристаллические продукты гидратации с повышенной связностью. Поэтому прочность цементного камня в пленочном состоянии выше, чем в объемном, и контактные зоны в бетоне имеют повышенную прочность, что благоприятно сказывается на прочности бетона в целом.
Поскольку бетон является типичным композиционным материалом, то в зависимости от относительного содержания его структурных элементов, которые функционально играют роль упрочняющего и матричного компонентов, получают порфировый, контактный и законтактный типы структур. При порфировой макроструктуре зерна заполнителя разделены толстыми прослойками цементирующего вещества, т.е. для первых характерно «плавающее» расположение в материале. Если зерна заполнителя контактируют через тонкие прослойки цементирующего вещества при сохранении ее непрерывности и сплошности, то такую структуру называют контактной. При непосредственном контакте зерен, когда вяжущего вещества недостаточно для сохранения своей непрерывности и сплошности, говорят о законтактной структуре. С учетом изложенных выше представлений о пленочном и объемном состояниях цементного камня становится очевидным, что оптимальным типом структуры бетона является контактный тип, так как в таком бетоне значительная часть цементирующего вещества находится в пленочном состоянии, что определяет более эффективное использование вяжущего вещества. Законтактный тип структуры характеризуется пониженной прочностью и проницаемостью для агрессивных веществ. Аналогичные типы структур можно выделить и на уровне связующего вещества. С оптимизацией структуры бетона на всех уровнях связано одно из приоритетных направлений развития технологии этого материала.
Свойства тяжелого бетона. Основными свойствами бетона являются прочность, деформативные свойства, водонепроницаемость, морозостойкость, стойкость к химической и другим видам коррозии.
Прочность бетона характеризуют классами по прочности на сжатие, изгиб, растяжение. Основная характеристика прочности тяжелого бетона –это класс по прочности на сжатие, который определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 95 % образцов бетона базового размера (кубов с ребром 15x15x15 см) в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях (температура 15 – 20 °С, относительная влажность среды 90 – 100 %). Бетоны подразделяют на классы: В 3,5; В 5; В 7,5; В 10; В 12,5; В 15; В 20; В 25; В 30; В 35; В 40; В 45; В 50; В 55; В 60.
На производстве контролируют среднюю прочность бетона на сжатие или марку бетона по прочности на сжатие. Соотношение между классом бетона по прочности на сжатие и его средней прочностью на сжатие выражается уравнением
,
где В – класс бетона по прочности на сжатие, МПа; R – средняя прочность на сжатие, МПа; 1,64 – значение коэффициента Стьюдента для обеспеченности (уровня доверительной вероятности) 95 %; v – коэффициент вариации прочности бетона на производстве (в долях единицы).
Для перехода от класса бетона к средней прочности, контролируемой на производстве, при нормативном коэффициенте вариации (13,5 %) используют формулу R = В / 0,778. Например, для класса В 5 получим среднюю прочность 6,43 МПа, а для класса В 40 – 51,4 МПа.
Средняя прочность бетона на сжатие на производстве характеризуется марками по прочности на сжатие (в десятых долях МПа) – М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600 и выше.
Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются классы и марки бетона по прочности при изгибе.
Прочность бетона зависит в основном от прочности (активности) цемента, качества заполнителей, водоцементного отношения В/Ц, времени и условий твердения. Прочность бетона повышается с увеличением прочности цемента, улучшением качества заполнителей, уменьшением водоцементного отношения.
Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения вытекает из физической сущности формирования структуры цементного камня и бетона и отражает по существу зависимость прочности бетона от его пористости. Указанная зависимость выполняется лишь в определенных пределах. При очень низких В/Ц не удается получить удобоукладываемые бетонные смеси и их уплотнить, поэтому с уменьшением В/Ц ниже определенного предела, зависящего от эффективности уплотнения смеси, прочность бетона резко падает. Для определения состава бетона применяют зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения Ц/В (обратной величины В/Ц), которая для уплотненных смесей в определенном диапазоне изменения Ц/В является прямолинейной.
Путем обобщения опытных данных получены две эмпирические формулы, отражающие зависимости прочности бетона от указанных выше факторов:
а) для обычного бетона при В/Ц ³ 0,4 (Ц/В£2,5)
;
б) высокопрочного бетона при В/Ц < 0,4 (Ц/В>2,5)
,
где 
– прочность бетона в возрасте 28 суток после твердения при нормальных условиях, МПа; А и А1 – коэффициенты, зависящие от качества заполнителей; 
– активность цемента, МПа.
Со временем при благоприятных условиях твердения прочность бетона растет. Для ее ориентировочного определения в разном возрасте бетона используют формулу
,
где 
, 
– пределы прочности бетона на сжатие в возрасте п и 28 суток.
Эта формула дает удовлетворительные результаты при п > 3 суток для бетонов, приготовленных на рядовых портландцементах и твердеющих при температуре 15 – 20 °С во влажной среде.
Высыхание бетона приводит к прекращению твердения, поэтому для набора его прочности требуется достаточная влажность окружающей среды (или принятие мер по предотвращению испарения влаги из бетона). При понижении температуры окружающей среды прочность бетона нарастает медленнее, чем при нормальной. При замерзании бетона его твердение прекращается, при этом замерзание в раннем возрасте вызывает резкое снижение прочности после оттаивания, что недопустимо. Повышение температуры среды по сравнению с нормальной активизирует взаимодействие цемента с водой и рост прочности бетона. На этом основан способ ускорения твердения бетона с помощью тепловой обработки при условии сохранения влажности окружающей среды.
Среди деформативных свойств бетона выделяют усадку, деформации при кратковременном и длительном (ползучесть) нагружениях, температурные деформации. Усадка бетона – это уменьшение его объема за счет действия капиллярных и молекулярных сил, проявляющееся со временем при недостаточной влажности среды, способствующей высыханию бетона. При твердении в воде или во влажных условиях усадка резко уменьшается. Быстрое высыхание бетона, особенно в раннем возрасте, приводит к значительной и неравномерной усадке, что вызывает появление усадочных трещин и ухудшение всех качественных показателей материала.
Водонепроницаемость бетона зависит от его пористости и ее характера. Бетон мелкопористой структуры, тщательно уплотненный и затвердевший, обладает определенной водонепроницаемостью в слоях достаточной толщины. Для бетонов конструкций, к которым предъявляются требования ограничения проницаемости или повышенной плотности и коррозионной стойкости, назначают марки по водонепроницаемости. Марки тяжелого бетона по водонепроницаемости: W 2; W 4; W 6; W 8; W 10; W 12; W 16; W 18; W 20. Эта характеристика определяется специальными испытаниями и показывает, до какого давления воды (в десятых долях МПа) бетон является для нее непроницаемым.
Морозостойкость бетона зависит от его структуры и прежде всего количества капиллярных открытых пор. Капиллярная пористость бетона уменьшается, а его морозостойкость увеличивается при меньших значениях В/Ц и достаточном сроке твердения. Для бетонов конструкций, подвергающихся в процессе эксплуатации попеременному замораживанию и оттаиванию, назначают марки по морозостойкости: F 50; F 75; F 100; F 150; F 200; F 300; F 400; F 500; F 600; F 800; F 1000.
Все темы данного раздела:
Тверь 2005
УДК 691: 519.6.502 (075)
ББК 30.3я7 + 38.3я7
Белов В.В., Петропавловская В.Б.Краткий курс материаловедения и технологии конст
Структура строительных материалов
Под структурой или строением материалов как физических тел понимают пространственное расположение частиц разной степени дисперсности и других структурных элементов с совокупностью устойчивых
Основные свойства материалов
Чтобы правильно выбрать материал, спроектировать и построить сооружение, надо хорошо знать свойства применяемых материалов. Выделяют основные свойства, важные для всех строительных материалов.
Физические свойства материалов
Удельные и структурные характеристики – это истинная, средняя и насыпная плотность материала, а также различные виды пористости.
Истинная плотность r
Механические свойства строительных материалов
Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться внутренним напряжениям и деформациям под влиянием силовых, тепловых, усадочных или других воздействий.
Механически
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Основным природным сырьем для производства строительных материалов являются горные породы. Их используют для изготовления керамики, стекла, металла, неорганических вяжущих веществ.
Горные породы как сырьевая база производства строительных материалов
Горные породы – это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся в результате физико-химических процессов.
Минералы – это вещества, являющиеся про
Магматические горные породы
Они могут быть: а) глубинными (интрузивными); б) излившимися (эффузивными). Глубинные – это породы, образовавшиеся при застывании магмы на разной глубине в земной коре. Излившиеся пор
Осадочные горные породы
Осадочные породы в зависимости от условий их образования делят на три подгруппы: а) обломочные породы или механические осадки – рыхлые (гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород
Метаморфические горные породы
Метаморфизмом называют преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить кристаллизация минералов
Техногенные вторичные ресурсы
По данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из недр более 120 млрд. т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываем
ПРИРОДНЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т.е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты и т.д.). Сырьем для получ
Виды и свойства природных каменных материалов
Грубообработанные каменные изделия.Бутовый камень (бут) – куски камня неправильной формы, размером не более 50 см по наибольшему измерению. Бутовый камень может быть рваный
Предохранение каменных материалов от разрушения
Основные причины разрушения природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения; частое изменение температуры и влажности, вызывающе
Керамические материалы и изделия
Керамическими (от греческого «керамос» – глина) называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые высокотемпературным обжигом глин с минеральными добавками.
Кл
Минеральных вяжущих
Минеральные (неорганические) вяжущие вещества представляют собой искусственные тонкоизмельченные порошки, способные при смешивании с водой (в отдельных случаях с растворами некоторых солей) обра
Гипсовые и ангидритовые вяжущие вещества
Гипсовые вяжущие– это порошкообразные материалы, состоящие из полуводного гипса (CaSO4 · 0,5H2O) и получаемые тепловой обработкой при температуре в преде
Воздушная строительная известь
Строительной воздушной известью называют вяжущее, состоящее в основном из активных оксидов кальция и магния и получаемое обжигом при температуре 900-1200 ° С кальциево-магниевых карбонатных горн
Портландцемент
Общая характеристика и вещественный состав портландцемента.Портландцемент был изобретен в 1824 году англичанином Джозефом Аспдиным и параллельно с ним русским промышленником Егором
Разновидности портландцемента
Разновидности ПЦ получают за счет частичного изменения минерального состава клинкера, введения активных минеральных добавок до 20 %, а также небольшого количества органических добавок (ПАВ). Эти ме
Многокомпонентные цементы с минеральными добавками и шлаковые цементы
Активными минеральными (гидравлическими) добавкаминазывают природные или искусственные вещества, которые при смешивании в тонкоизмельченном состоянии с воздушной известью и водой о
Цементы на основе клинкеров специального состава
Наиболее радикального изменения свойств цементов в нужную сторону добиваются путем получения клинкеров на основе другой, нежели у портландцемента, системы оксидов. К таким цементам в частности отно
Материалы для изготовления бетонов
Вяжущее вещество.Для изготовления обычного бетона наиболее широко применяют минеральные вяжущие вещества, прежде всего портландцемент и его разновидности. Цемент и вода являются ак
Бетонная смесь
Бетонная смесь представляет собой сложную многокомпонентную систему, состоящую из частичек вяжущего и новообразований, которые возникают при взаимодействии вяжущего с водой, зерен заполнителя, воды
Подбор состава тяжелого бетона
От правильности проектирования состава тяжелого бетона зависят его плотность и прочность, которые, в свою очередь, во многом определяют такие важные свойства, как морозостойкость, водонепроницаемос
Специальные виды тяжелых бетонов
Высокопрочный модифицированный бетон. Отличается высокой прочностью на сжатие (60-80 МПа и выше), высокой плотностью, практически нулевым водопоглощением. Этот бетон получают на ос
Легкие и особо легкие бетоны
В современном строительстве наибольшее значение приобрело комплексное решение двух взаимосвязанных проблем: повышение теплозащитных свойств ограждающих конструкций и уменьшение материалоемкости стр
Железобетон
Железобетон – это композиционный материал, в котором бетон (матрица) и стальная арматура образуют единую систему. Бетон имеет высокую прочность на сжатие, но низкую прочность на растяжение и
Свойства растворов
Под удобоукладываемостью растворной смеси понимают ее способность укладываться на основание тонким однородным слоем. Удобоукладываемость характеризуется подвижностью, которая определяется ка
Сухие строительные смеси
Сухие строительные смеси (ССС) – это тщательно перемешанные композиции рационального состава, в которые в сухом виде входят вяжущие вещества, фракционированные заполнители, тонкодисперсные минер
СИЛИКАТНЫЕ ИЗДЕЛИЯ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
К силикатным изделиям автоклавного твердения относят материалы, получаемые из сырьевой смеси известково-кремнеземистого вяжущего и минеральных заполнителей путем гидротермального синтеза гидроси
Основные виды и марки сталей, применяемых в строительстве
В строительстве в основном применяют углеродистые стали обыкновенного качества, качественные конструкционные углеродистые стали и низколегированные конструкционные стали.
Углеродистые с
Основные виды металлических изделий для строительства
В строительстве применяют основные виды металлоизделий:
- сортамент прокатного металла и металлических изделий: а) сортовая сталь (круглая, квадратная, полосовая); б) листовая сталь
Защита металлов от коррозии
Различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. Химическая коррозия происходит в результате окислительного или восстановительного процессов, протекающих под действием внешней сре
Свойства древесины
Свойства древесины подразделяются на физические и механические. Важное значение имеют также наличие в древесине тех или иных пороков и ее стойкость к загниванию.
Физические свойств
Лесоматериалы и изделия из древесины
Лесоматериалыполучают механической обработкой древесины. Они подразделяются на круглые лесоматериалы, пиломатериалы, фрезерованные и строганые материалы, вторичные продукты: опилки
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
Конструкционные материалы на основе органических вяжущих веществ, как и предыдущие их группы на основе неорганических вяжущих, являются безобжиговыми композитами. К ним относятся асфа
Битумные и дегтевые вяжущие
Битумы(от санскритского «гвитумен», т.е. смола) – органические вещества черного или темно-бурого цвета, состоящие из смеси высокомолекулярных углеводородов и их неметаллических
Асфальтовые бетоны и растворы
Асфальтобетон (асфальтобетонная смесь) – важнейший дорожно-строительный материал, получаемый в результате уплотнения при оптимальной температуре рационально рассчитанной и приготовленной смеси,
Полимерные материалы и изделия
Полимерныминазывают материалы, в состав которых в качестве основного компонента входят высокомолекулярные органические вяжущие вещества (полимеры).
Благодаря способности в процессе
Модификация строительных материалов полимерами
Одним из эффективных направлений улучшения свойств традиционных материалов – бетона, дерева, естественного камня, битума и пр. – считается обработка их полимерами. Модификацию строительных матери
ГИДРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ И КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Гидроизоляционными и кровельными называют строительные материалы, которые должны обладать водонепроницаемостью, а также соответствовать определенным эксплуатационным требованиям по прочности, д
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей
Рулонными называются гидроизоляционные материалы или изделия, отгружаемые на строительные объекты или для выполнения ремонтных строительных работ в виде полотна определенной длины,
Кровельные и гидроизоляционные материалы на основе полимеров
Гидроизоляционные пленочные (рулонные) материалы изготовляют экструзией, механическим или пневматическим вытягиванием из поливинилхлорида, полиэтилена, пропилена, ацетилцеллюлозы,
Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
Минераловатные изделия. Минеральная вата – волокнистый бесформенный материал, состоящий из тонких стекловидных волокон диаметром 5-15 мкм, которые получают из расплава легк
Органические теплоизоляционные материалы и изделия
Материалы на основе органического сырья природного происхождения. Фибролит – плитный материал из древесной шерсти и неорганического вяжущего вещества. Древесную шерсть (стр
Звукопоглощающие материалы
Особенности структуры и свойств.Звукопоглощающие материалы и изделия предназначаются для снижения уровня звукового давления в помещениях жилых, производственных и общественных зда
Звукоизоляционные материалы
Звукоизоляционные, или, как их часто еще называют, прокладочные, материалы применяют для звукоизоляции от ударного шума в многослойных конструкциях перекрытий и перегородок и частично для поглоще
Лакокрасочные материалы
Лакокрасочными материалами называют вязкожидкие составы, наносимые на поверхность конструкции тонким слоем, который через определенное время отвердевает и образует пленку, прочно сцепляющуюся с
Материалы на основе древесины и продуктов ее переработки
Древесина относится к традиционным материалам, издавна используемым при отделке помещений и устройстве покрытий полов. Она долгое время будет удерживать и, может быть, улучшать свои позиции даже на
Отделочные каменные материалы
Природный камень применяется в основном для наружной отделки монументальных и общественных зданий. Для этой цели используют плиты и блоки из гранита, диорита, сиенита, лабрадорита, андезит
Отделочные материалы из керамики, стекла, металла
Из керамики наиболее распространены облицовочные кирпич, блоки, плитки, получаемые из цветных природных глин белого, красного и кремового цветов, а также с добавками пигментов (серых, черны
Отделочные материалы на основе полимеров
Материалы для отделки стен и потолков.К ним относятся декоративные пленки, рулоны для облицовки стен, потолков, встроенной мебели; набранные рейки, профили, плинтусы, раскладки
Общие принципы получения строительных материалов
При изготовлении строительных материалов и изделий сырье подвергают комплексу механических, химических, физико-химических, тепловых и других воздействий. В результате реализации и определенной пос
Основы технологии бетона и железобетона
Технология бетона предполагает следующие основные операции: подготовка исходных компонентов, их дозирование и приготовление бетонной смеси, укладка смеси и ее уплотнение (формование изделий)
Железобетонных конструкций
Железобетонные конструкции подразделяют на сборные и монолитные. Первые изготовляют на заводах или полигонах и монтируют на строительной площадке. Монолитные железобетонные конструкции бетонируют н
Решение задач по основным свойствам материалов
Знание основных свойств строительных материалов дает возможность рационально использовать их, а также производить инженерно-техни-ческие расчеты в строительстве. Так, например, по известным значени
Решение задач по свойствам неорганических вяжущих веществ
Современное строительное производство располагает большой номенклатурой вяжущих веществ с широким диапазоном их свойств. При применении таких широко распространенных вяжущих, как по
Решение задач по свойствам тяжелого бетона
Свойства бетонов определяются качеством составляющих их компонентов и количественным соотношением между ними. Поэтому чрезвычайно важно иметь практические навыки как в оценке качества составляющих
Расчет предварительного состава тяжелого бетона
Расчет предварительного состава тяжелого бетона производят на основе зависимости прочности бетона от активности цемента, цементно-водного фактора и качества заполнителей, а также зависимости подвиж
Корректирование состава бетона по пробному замесу
После корректирования удобоукладываемости бетонной смеси на пробном замесе определяют фактические расходы сырьевых материалов на пробный замес.
Таблица П.5. Оптимальные зна
Определение полевого (производственного) состава бетона
Полевой состав бетона рассчитывают с учетом влажности заполнителей по формулам:
Цп = Цф ;
Определение расходов материалов на замес бетоносмесителя
Расходы материалов на замес бетоносмесителя рассчитывают по формулам:
;
Исходные данные для расчета
Рассчитать состав тяжелого бетона с классом (маркой) по прочности на сжатие В _20_ (М ____). Удобоукладываемость бетонной смеси по подвижности (жесткости) составляет ОК
Количество материалов и характеристики бетонной смеси в пробном замесе
Количество материалов на объем пробного замеса, кг
Цемент Цз (Цзф )
Вода Вз (Взф )
Песок Пз (Пзф )
Щебень Щз
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ………...……..................................
2.1. Горные породы как сырьевая база производства
строительных материалов …………………………...........
Виктория Борисовна Петропавловская
КРАТКИЙ КУРС МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ТЕХНЕОЛОГИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
Учебное пособие
Издание второе
Редактор
Новости и инфо для студентов