Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

СПЕЦИАЛЬНЫЕ БЕТОНЫ





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Специальными называют бетоны, используемые в специальных конструкциях или монолитных сооружениях. Для них выбирают наиболее целесообразные вяжущие вещества и заполнители, неред­ко изменяют традиционную технологию или отдельные технологи­ческие операции, параметры и, режимы. Понятно, однако, что все разновидности специальных бетонов, независимо от их конкретного функционального назначения, не перестают оставаться представите­лями ИСК. При оптимальных структурах они показывают комплекс экстремумов свойств, сохраняют другие общие закономерности а также подобие между собой. Вместе с тем каждая разновидность специальных бетонов отличается своими специфическими особенно­стями, которые должны учитываться при проектировании состава, обеспечении их оптимальной структуры, всегда действующей в определенных условиях изготовления и применения материала и из­делий. Ниже рассмотрены некоторые виды специальных бетонов.

Дорожный цементный бетон относится к плотным тяжелым или легким бетонам, применяется для устройства автодорожных покры­тий, оснований под асфальтобетонные покрытия, возведения мосто­вых конструкций и труб.

Маркировку дорожного бетона принято производить по проч­ности и морозостойкости. По пределу прочности при сжатии классы тяжелого бетона следующие: В5, В7,5, BIO, B15, В20, причем для верхних слоев покрытий — классы В22,5 В25, ВЗО, а для нижних слоев — не выше В15 и В20; для легкого бетона — В5, В7,5, В20. В железобетонных конструкциях мостов классы тяжелого бетона В15, В20, ВЗО, В40 и В45. Верхние пределы этих классов применяют для мостовых конструкций из так называемого преднапряженного железобетона, а нижние пределы их — для массивных конструкций: опор, фундаментов, труб и др. По морозостойкости бетоны маркируют в пределах от 100 до 300 циклов замораживания. С целью по­вышения морозостойкости в бетон вводят добавки для вовлечения до 5—6% воздуха. Такой добавкой, в частности, может быть СНВ (на основе абиетиновой смолы), мылонафт и др. Воздушные пузы­рьки демпфируют давление льда в порах, что повышает эффект мо­розостойкости по количеству циклов испытания. Важным свойст­вом бетона служит истираемость, характеризуемая потерей массы образца на 1 см2 испытуемой поверхности; имитирует сопротивляе­мость бетонного покрытия воздействию сил, возникающих при про­езде транспорта. Более полную характеристику качества материала дает испытание на износ, показателем которого служит потеря мас­сы (%) образца (пробы материала) при испытании в стандартном полочном барабане. Повышение сопротивления истираемости и из­носу достигают как применением более твердых пород в заполните­ле, так и втапливанием в верхний слой свежеуложенного бетона ми­неральных зерен размером до 5 мм из особо твердых материалов, например кварцита, иногда корунда и др. Стабильность бетонного элемента в известной мере может быть охарактеризована коэффици­ентом температурного расширения, величина которого с усреднени­ем должна быть не более 10∙10-6 на 1°С.

Состав бетонной смеси определяют одним из известных мето­дов, а также общим методом проектирования оптимального состава ИСК. На стадии отбора исходных материалов учитывают, что наи­лучшей разновидностью вяжущего для дорожного бетона являются портландцемент гидрофобный и пластифицированный, а также обычный, но с пониженным содержанием С3А (не более 10%), при классе В40 и выше для верхнего слоя покрытий. С уменьшением содержания цемента уменьшаются усадочные деформации, повыша­ется при его оптимуме долговечность бетона. Для предваритель­ных расчетов обычный расход цемента принимается равным 320—350 кг/м3. Щебень и гравий следует применять промытыми, чтобы снизить содержание глинистых примесей (не более 1% по массе) и исключить органические вещества. Пески желательно испо­льзовать крупно- и среднезернистые, природные или полученные дроблением плотных горных пород.

Гидротехнический бетон также является разновидностью плот­ных тяжелых цементных бетонов; применяется для возведения соо­ружений, которые периодически или постоянно омываются водой. Гидротехнический бетон должен обладать комплексом техниче­ских свойств — прочностью, характеризуемой восемью классами (от В7,5 до В40) по пределу прочности при сжатии, прочностью на растяжение, водостойкостью и водонепроницаемостью, морозо­стойкостью, характеризуемой семью марками от 50 до 500 циклов стандартного замораживания и оттаивания, малым тепловыделени­ем при твердении и др. Особенно высокие показатели качества нор­мируют для бетонов, предназначенных для устройства конструкций и сооружений в зонах переменного уровня воды. Соответствующие требования устанавливаются и к качеству материалов для бетона. Так, для подводных зон целесообразно применять шлакопортланд-цемент и пуццолановый портландцемент, которые достаточно водо­стойки и низкотермичны. Для надводных зон применяют бетоны на основе гидрофобного и пластифицированного портландцемента. К бетонам в наружных частях гидротехнических сооружений предъ­являют повышенные требования по прочности (не ниже В20), моро­зостойкости (не ниже марки 300), водонепроницаемости (не ниже W6 или W8). Повышены требования и к материалам — компонен­там бетона. Так, например, портландцемент используется сульфатостойкий, крупный заполнитель должен обладать повышенной моро­зостойкостью (из плотных горных пород). К бетонам для внутренних частей массивных гидротехнических сооружений также предъявляются свои технические требования: применение шлако-портландцементов с малой и умеренной экзотермией, других портландцементов с активными минеральными добавками, марки бето­нов возможны 100 и 150.

Сооружения, работающие в морских условиях, изготовляют из бетона на основе сульфатостойкого портландцемента. В подводных частях сооружений бетон должен надежно противостоять выщела­чиванию гидроксида кальция. Этого достигают путем химического связывания его активным кремнеземом с образованием малораство­римых гидросиликатов кальция.

Для особо ответственных гидротехнических сооружений испо­льзуют цементы, удовлетворяющие специальным техническим условиям.

Вода для затворения бетонной смеси используется в гидротехни­ческих сооружениях с рН не менее 4 и не более 12,5. В ней ограничи­вается содержание солей, взвешенных пылевато-глинистых приме­сей, а также ионов SO42- и Сl-.

Жаростойкие бетоны сохраняют свои свойства при продолжите­льном воздействии высоких температур в тепловых агрегатах (футе­ровка туннельных печей и вагонеток, фундаменты под промышлен­ные печи и трубы и т. п.) или кратковременном, ударном воздействии теплоты, сопровождающемся значительными темпера­турными перепадами. Применяют как конструктивный и футеровочный материал.

Обычный тяжелый бетон способен стабильно сохранять или даже несколько увеличивать прочность при длительном нагревании до 100°С. При дальнейшем повышении температуры может возник­нуть явление постоянного упрочнения за счет ускорения процессов гидратации. Однако при температурах выше 140—150°С обычно от­мечается снижение прочности с ухудшением других свойств, так как частично разрушаются кристаллические гидратные новообразова­ния, а также гидросиликатная фаза, главным образом в связи с удалением цеолитной воды. И хотя с некоторым риском можно допус­тить кратковременное подогревание бетонных конструкций до 200°С, все же дальнейшее повышение их температур в пределах 200—1700°С требует применения жаростойких (при температурах до 1580°С) или огнеупорных (1580—1770°С) бетонов.

Жаростойкие и огнеупорные бетоны могут быть особо тяжелы­ми, тяжелыми, легкими и облегченными, ячеистыми. Их получают на основе как гидравлических, так и воздушных вяжущих веществ: портландцемента, глиноземистого и высокоглиноземистого цемен­тов, алюмофосфатного вяжущего, жидкого стекла с отвердителями, например кремнефтористым натрием (Na2SiF6), нефелиновым шла­мом, феррохромовым шлаком. В качестве заполнителей употребля­ют хромитовые руды, бой магнезита, щебень из базальтов и диаба­зов, шамотный кирпичный щебень (бой) и др. В жаростойкие бетоны на основе портландцемента добавляют тонкомолотые ак­тивные минеральные вещества, обладающие, как и крупные запол­нители, высокой огнеупорностью. Для огнеупорных бетонов испо­льзуют высокоглиноземистый цемент, который к тому же имеет незначительную усадку и малый коэффициент термического расши­рения. Хорошо зарекомендовали себя фосфатные связующие (алюмофосфатное, алюмосиликатофосфатное, хромофосфатное и др.). Они позволяют получать огнеупорные бетоны, в том числе легкие, с применением в них вермикулитового, перлитового, керамзитового заполнителей, боя легковесных огнеупоров и т. п.

В жаростойкие ячеистые бетоны, в частности газобетоны, кроме портландцемента и алюминиевой пудры вводят тонкомолотый ша­мот, золу-унос, керамзит и др. Эти бетоны могут эксплуатироваться в условиях температур до 1200°С при сохранении прочности 2,5—5,0 МПа и средней плотности 600—800 кг/м3. Разработан со­став особо легкого жаростойкого бетона, в который входят быст-ротвердеющий портландцемент, тонкомолотая силикат-глыба и лег­кие пористые и волокнистые заполнители. Этот бетон используют при температурах до 1000°С, а его средняя плотность в высушенном состоянии 300 кг/м3, прочность при сжатии 0,2 МПа. Теплопровод­ность при 20°С равна 0,09 Вт/(м∙К), а при 600°С — 0,20 Вт/(м∙К).

Структурообразование жаростойких бетонов происходит на ста­дии изготовления изделий и в условиях воздействия высоких темпе­ратур, хотя последние могут приводить к его упрочнению (напри­мер, за счет уплотнения геля) и деструкции (например, за счет дегидратации кристаллогидратов) при применении гидравлических вяжущих веществ.

Из побочных продуктов промышленности как компонентов жа­ростойких бетонов применяют наиболее перспективные, например алюмохромовый продукт — тонкодисперсный порошок отработав­шего катализатора в нефтехимическом производстве. Он имеет раз­витую поверхность (до 5000 см2 в 1 г вещества) и высокую огнеупорность (до 2000°С). Его содержание в вяжущем веществе, как показали исследования в НИИКерамзит, приводит к увеличению прочности и огнеупорности смешанного вяжущего на портландцементе и глинозе­мистом цементе при высоких температурах, например выше 1500°С. Исследования по жаростойким бетонам продолжаются (рис. 9.17). В частности, достигнуты успехи в области получения бетонов вы­сшей огнеупорности, которые в зависимости от их состава со­храняют прочность и другие свойства в заданных пределах при температурах свыше 2000—2500°С. Их изготовляют на основе цир-конийсодержащих вяжущих и с применением тугоплавких заполни­телей. При температурах выше 1200°С прочность бетонов повыша­ется за счет спекания смеси, особенно в области температур до 2000°С. Бетоны на цирконийсодержащих цементах являются перс­пективными для футеровки тепловых агрегатов, а также в других отраслях техники высоких температур в энергетической, металлур­гической, химической и ядерной промышленности. Жаростойкие га­зобетоны используют в виде крупных блоков и монолитных конст­рукций. Они в 2—3 раза дешевле фасонных огнеупорных изделий и, главное, позволяют индустриализировать строительство. Понятно, что при нагреве прочность бетона не остается постоянной и чем ближе температура к предельно допустимой, тем больше прочность бетона отклоняется от первоначальной (марочной). Однако она остается достаточной, чтобы сохранить структуру бетона, особенно его матричной части, на необходимом уровне, обеспечивающем прочность в пределах требуемого минимума. Следует отметить, что алюмофосфатные вяжущие и жидкое стекло с отвердителями обес­печивают сохранение остаточной прочности бетона более высокой по сравнению с другими вяжущими веществами (рис. 9.17).

Кислотоупорный бетон — разновидность ИСК, получаемая на основе специального — кислотоупорного — цемента и с применени­ем кислотостойких заполнителей. Его применяют для изготовления конструкций, которые контактируют с большинством известных кислот. Меньшую стойкость этот бетон проявляет к действию пла­виковой кислоты, а также к слабым кислотам, воде и растворам ще­лочи. Эта разновидность кислотоупорного материала применяется не только в виде бетона, но и строительного раствора, мастики, т. е. без крупных заполнителей.

Кислотоупорный цемент состоит из смеси тонкоизмельченного кварцевого песка и кремнефтористого натрия (Na2SiF6), затворяе­мых водным раствором силиката калия или натрия, т. е. жидким стеклом. Вместо кремнефтористого натрия в качестве отвердителя могут быть применены более доступные вещества, например нефе­линовый шлам, некоторые разновидности шлаков и др. К кислото­стойким заполнителям относятся кварцевый песок и щебень из ан­дезита, диабаза, базальта, кварцита и т. п.

Отдозированные материалы-компоненты по рекомендуемому составу бетона перемешивают до однородного состояния с одинако­вым содержанием каждой фракции в каждом микрообъеме смеси. После перемешивания смесь переводят в прессовый цех, где изго­товляют штучные изделия — резервуары, трубы, химическую аппа­ратуру и др. Твердению изделий благоприятствует воздушно-сухая среда с температурой не ниже 10°С и относительной влажностью воздуха не выше 70%. После затвердевания бетон характеризуется прочным сцеплением со стальной арматурой, но под влиянием ки­пящей воды, слабых кислот и щелочей, кремнефтористоводородной кислоты бетон, как отмечено выше, постепенно разрушается.

Гидроизоляционный бетон применяют для гидроизоляции шахт, подвалов, зачеканки швов, устройства гаражей, очистных сооруже­ний, метротоннелей и в жилых зданиях, в случаях, когда требуется надежная гидроизоляция в гражданских и промышленных сооруже­ниях. Для изготовления такого бетона (в том числе мелкозернисто­го, т. е. раствора) используют гидравлическое быстросхватывающееся и быстротвердеющее вяжущее вещество, получаемое совмест­ным помолом портландцементного клинкера (65—70% по массе), алюминатных, сульфоалюминатных или сульфоферритных веществ (10—20%) и гипса (8—15%), более детально описанного выше как напрягающий цемент (см. 9.1.4), а также расширяющийся цемент. При твердении теста до образования цементного камня в бетоне оп­тимальной структуры происходит увеличение объема кристаллической фазы за счет образования в основном эттрингита. Дополните­льная кристаллизация приводит к уплотнению структуры, которая к этому времени успевает получить некоторый объем усадочных де­формаций (физических, контракционных) и поэтому нуждается в ее доуплотнении. Бетон становится практически водонепроницаемым, гидроизоляционным. Не наблюдается фильтрации через толщу та­кого бетона при давлении воды до 2 МПа. Возрастают также моро-зо- и износостойкость, стойкость к агрессивной среде.

Изготовляют гидроизоляционный бетон в следующей последова­тельности: напрягающий цемент смешивают насухо с заполняющей частью бетона (песок плюс щебень), а затем общую смесь затворяют необходимым количеством воды. Свежеприготовленный бетон в опа­лубке уплотняют глубинным или поверхностным вибратором, под­держивая затем поверхность конструкции во влажном состоянии до полного отвердевания и распалубки. Расход исходных материалов устанавливается общим методом проектирования состава, изложен­ного выше, то же — состава раствора при его использовании вместо бетона. Раствор наносят вручную или торкретированием.

Особо тяжелые и гидратные бетоны применяют в специальных сооружениях — ядерных реакторах, атомных электростанциях, рентгеновских кабинетах и т. п. для биологической защиты от ра­диоактивных (рентгеновских, γ-, α-, и β-лучей и др.) воздействий. Для особо тяжелых бетонов характерным свойством является боль­шая средняя плотность, равная от 2,5 до 6,0 т/м3. Гидратные бетоны отличаются повышенным количеством химически связанной воды — более 3% по массе, а следовательно, и ядер водорода. Вслед­ствие этого водород, обладая малой молекулярной массой, способ­ствует захвату потока горячих нейтронов, γ-лучей и др. Кроме того, эти бетоны обладают достаточно высокой теплостойкостью, тепло­проводностью, малой усадкой, хотя полностью исключить усадку и появление трещин на границе контакта цементного камня и метал­лического заполнителя — задача сложная.

В качестве вяжущих веществ в особо тяжелых бетонах использу­ют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопорт-ландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый (рас­ширяющийся) цемент, в гидратных бетонах — глиноземистый, расширяющийся, быстротвердеющий, самонапрягаемый и др. Все они в той или иной мере способствуют максимальному химическо­му и адсорбционному удержанию воды в цементном камне и бетоне.

В частности, напрягающий цемент уплотняет структуру бетона, почти полностью исключает усадку. Зона контакта становится плотной и без трещин.

Заполнителями в особо тяжелых бетонах служат весьма тяжелые (с высокой плотностью) магнетит, гематит, барит, металлический скрап, обрезки железа и т. п. Песчаные фракции обычно составляют дробле­ный бурый железняк, кварцитовые «хвосты», «чугунная дробь» и др.

Повышают защитные свойства особо тяжелых бетонов введени­ем дополнительных веществ, например карбида бора, хлористого лития, сернокислого кадмия и др., в которые входят соответствую­щие легкие элементы (бор, литий, кадмий и т. д.).

Заполнителями в гидратных бетонах служат лимонит с гидрогетитом (бурый железняк), серпентин и др., содержащие химически связанную воду, горные породы и минералы. Качество заполните­лей для этих видов бетона контролируют по их плотности, минима­льной прочности при сжатии, водопоглощению. Их показатели нор­мируются в определенных допускаемых пределах.

Оптимальные составы особо тяжелых и гидратных бетонов как типичных разновидностей ИСК проектируют общим методом. Были предложены также специальные методы. При проектировании оптимального состава важно обеспечить необходимые технические требования к составляющим материалам и бетону, особенно спо­собность задерживать радиоактивные излучения. Это свойство оце­нивается толщиной слоя материала, при котором поток излучения ослабевает в 2 раза по сравнению с первоначальным. В связи с этим необходимо учитывать показатель средней плотности (ρ0) бетона, определять фактическое содержание химически связанной воды, что производится расчетом по формуле Нρ0, где Н — необходимое со­держание водорода в бетоне. Учитывают также прочность, бетона, которая должна находиться в пределах марок 100—300 (по сжатию).

Особо тяжелые и гидратные бетоны изготовляют по обычной технологии с применением бетоносмесителей для перемешивания отдозированных компонентов и вибраторов для уплотнения свеже­отформованных бетонных изделий.

Архитектурные, или декоративные бетоны — разновидность спе­циальных высококачественных ИСК, которые обладают повышен­ными декоративно-эксплуатационными характеристиками. Их испо­льзуют в виде фасадных элементов, скульптурных горельефов и барельефов, других изделий архитектурного назначения. Наиболее часто в них используются белые и цветные цементы и строго ограни­ченной крупности зернистые заполнители, в том числе искусственно­го дробления мраморов, гранита, кварцита и других горных пород, добавки — отбеливающие, модифицирующие, пластичные и др. Бе­тонным смесям придают необходимую технологическую подвиж­ность, оптимальные составы с получением оптимальных структур от­вердевших и отработанных с поверхности конструктивных деталей[42]. Серные бетоны — разновидность спецбетонов, получаемых на основе элементарной (технической) серы, полимерного компонента, минеральных заполнителей и наполнителей. В них отсутствуют не­органические вяжущие вещества и вода. Матричная часть бетонов представлена тесной смесью связующего и наполнителя, подобно тому, как в асфальтовых бетонах матрицей является асфальтовое вя­жущее вещество (см. 10.3.1). В качестве полимерного вещества в серу добавляется дициклопентадиен или стирол, хлорпарафин и др. Вместо элементарной серы возможно использование серосодержа­щих отходов, нарпимер, хвостов отстоя (до 40 % серы), золы отстоя (до 70 % серы). Наполнителем служат микрокремнезем, маршаллит, андезитовая мука и некоторые другие порошкообразные минераль­ные материалы с удельной поверхностью равной 2700—3000 см2/г. Заполнителями в серном бетоне служат щебень горных пород раз­личных фракций и кварцевые пески.

Технология получения этого бетона начинается с производства связующего компаунда путем сплавления серы с полимерным веще­ством в определенных соотношениях частей по массе при темпера­туре 145—150°С. Бетонная смесь получается после тщательного пе­ремешивания отдозированных минеральных компонентов (заполни­теля и наполнителя) со связующим компаундом в барабанном сме­сителе в горячем состоянии (подобно асфальтобетону). Изготовлен­ная бетонная смесь отправляется на формование и уплотнение, обычно вибрационное. Отвердевание происходит при остывании конструкции до эксплуатационной температуры, и бетон быстро на­бирает прочность. Возможно его армирование стальной или стекло-пластиковой арматурой.

По средней плотности эта разновидность специального бетона разделяется на тяжелые (2300—2500 кг/м3), легкие (800—1600 кг/м3) и особо легкие — теплоизоляционные (300—400 кг/м3). Предел прочности при сжатии двух первых соответственно равен 60—80 и 50—60 МПа, а растяжение при изгибе 12—14 и 11—12 МПа. Водопоглощаемость за 24 ч составляет 0,05—0,07 %. Бетон обладает вы­сокой химической стойкостью. Используется в виде плит для полов на складах минеральных удобрений, в силосных башнях, дорожных и тротуарных плит, бортовых камней, в сборных конструкциях на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях.

Электроизоляционные бетоны являются специальной разновидно­стью бетонов, обладающей повышенными и стабильными диэлектри­ческими свойствами в течение длительных периодов эксплуатации высоковольтных воздушных линий электропередачи и подстанций в различных климатических зонах с сохранением необходимой механи­ческой прочности и долговечности соответствующих строительных конструкций. Основные свойства таких бетонов характеризуются сле­дующими показателями: электрической прочностью в слое толщиной 1 см: импульсной (1∙10-6 с) — 60—140 кВ/см и при переменном токе (50 Гц) — 20—60 кВ/см; средней разрядной напряженностью на длине 1 м — около 3,0 кВ/см; удельным электрическим сопротивлением при 20°С — объемное 109—1011 Ом∙м; тангенсом угла диэлектриче­ских потерь (50 Гц, 20°С) — 0,05—0,20; диэлектрической проницаемо­стью (50 Гц, 20°С) — 6—10; механической прочностью: при сжатии -40—150 МПа, при растяжении — 3—11 МПа; средней прочностью 2000—2400 кг/м3; водопоглощаемостью (по массе) менее 1%; морозо­стойкостью — не менее 100. Лучшими показателями обладают бетоны на основе портландцемента с добавлением микрокремнезема[43].

Электроизоляционные бетоны подвергают армированию неметал­лической арматурой в виде стеклопластиковых стержней с использова­нием способа предварительного напряжения. Возможно применение дисперсного армирования стеклянными и базальтовыми волокнами изделий из электроизоляционного бетона. Требования в отношении оптимизации структуры цементного камня, как матрицы, и бетона в полной мере сохраняются, как для других ИСК. Объемная пропитка мономерами и их полимеризация, а также вторичная просушка, акти­визация поверхности зернистого заполнителя являются эффективными мерами повышения диэлектрических свойств бетона.

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.