Технология бетона

Увеличение водосодержания бетонной смеси приводит сначала к возникновению вокруг твердых частиц диффузных слоев воды, а затем к обводнению этих частиц и к образованию менисков в капиллярах. Вода диффузного слоя способна передвигаться под влиянием молекулярных сил от одной частицы к другой независимо от влияния силы тяжести. Такое движение воды происходит от толстых водных оболочек к более тонким до тех пор, пока молекулы воды не будут испытывать одинаковое притяжение частиц. Смесь с малым водосодержанием обладает способностью при весьма интенсивном уплотнении создавать бетоны с наиболее плотной структурой.

При увеличении водосодержания бетонной смеси сверх оптимального вода сначала заполняет крупные капилляры и межзерновые пространства, а затем приобретает способность неремещаться под действием сил тяжести. Смесь с избытком свободной воды характеризуется наличием некоторой раздвижки твердых частиц и утолщенными водными оболочками на их поверхности; при этом она приобретает достаточную подвижность и сохраняет необходимую связность, а также нерасслаиваемость. [8]

4. Пути снижения расхода цемента

В рыночных условиях качество выпускаемой продукции и снижение цен на нее являются основными критериями конкурентоспособности предприятия, производящего бетонные смеси. До настоящего времени в практике производства бетонных и растворных смесей для повышения их качества используют различные химические добавки. Однако при использовании таких добавок невозможно достичь желаемой экономической эффективности.

Назрела необходимость нового подхода к технологии производства бетонных смесей, который бы значительно снизил затраты ресурсов на их производство. Анализ путей снижения затрат ресурсов на производство бетонных смесей показал, что наиболее вероятным является путь снижения расхода цемента. Учитывая тот факт, что цементный камень является самым слабым элементом структуры бетона, - снижение расхода цемента до оптимального минимума позволит значительно повысить качество бетона. Таким образом, выбранный нами путь обеспечит не только повышение качества бетона, но и снижение его цены.

Снижение расхода цемента может быть обеспечено единственным на наш взгляд способом – повышением реакционной способности цемента при низких энергетических затратах.  

На базе глубокого анализа и многолетних исследований в области производства строительных материалов разработан и защищен патентом способ снижения расхода цемента при производстве бетонных и растворных смесей. Реакционной способности цемента повышается путем образования определенного количества активных частиц (наночастиц) в его массе. Для образования таких частиц, на основе квантовой механики поля, разработан и изготовлен аппарат «ПЛУТОН-3», в котором за счет внешних энергетических воздействий на зерна цемента его атомы и молекулы переходят из нормального состояния в возбужденное. Такой процесс сопровождается образованием  активных частиц (наночастиц), резко повышающих реакционную способность цемента и других минеральных вяжущих.

В результате экспериментальных работ установлено, что реакционная способность вяжущих после их обработки в аппарате «ПЛУТОН-3» повышается в несколько раз. Активные частицы (наночастицы) целесообразно использовать в качестве сухих упрочняющих добавок для бетонов и растворов. Расход добавок составляет 3-4% от массы вяжущего.

Преимуществом таких добавок является то, что они производятся непосредственно на бетонных заводах из вяжущих, применяемых для производства бетонов и растворов.

5. Расчёт состава бетона

Задание: Вариант 15. Разработать параметры получения тяжелого бетона марки 150 для фундаментных блоков стен. Отпускная прочность 70%, подвижность бетонной смеси 3-4 см, способ формования -агрегатно-поточный в формах, применяемые материалы: портландцемент марки ПЦ 400 Д5 по ГОСТ 10178-76 с нормальной густотой 25% , заполнители: песок средней крупности Мкр=2,2 плотностью 2,65 г/см3, насыпной плотностью 1,48г/см3, крупный заполнитель - речной гравий фракции 5-20 мм., плотностью 2,65 г/см3, насыпной плотностью 1,47г/см3, применяемые добавки -ЛСТ.

1. определение водоцементного отношения ориентировочно производят по формуле:

где: RБ - марка бетона по прочности, МПа (кг/см2);

Значение коэффициентов А и А1 , учитывающих качество материалов,
принимают по табл.

так как В/Ц > 0,4 то

Значение коэффициента А, учитывающий качество материалов принимаем равным 0,6.

Эти формулы применимы для жестких и пластичных бетонных смесей , формуемых с помощью вибрирования . Коэффициент уплотнения при этом должен быть не ниже 0,98.             

2. Расход воды (водопотребность бетонной смеси) определяют ориентиро­вочно в зависимости от требуемой подвижности (жесткости) бетонной сме­си, вида и крупности заполнителя.

Пользуясь соответствующими таблицами и данными выбираем крупность заполнителя 20мм, тогда В = 175 л/м3, так как НГ 25%, то В = 170 л/м3

3. Расход цемента определяют по формуле

Если расход цемента на 1 м3. бетона окажется ниже допускаемого по строи­тельным нормам и правилам, то необходимо увеличить его до базовых норм, приведенных в СНиП 82-02-95и адаптированных для конкретных условий.

Пользуясь этими данными, принимаем расход цемента равным 235 кг. Норма расхода цемента для конкретных условий устанавливается умножением базовый нормы расхода на коэффициенты, учитывающие проектные характеристики бетона, цемента, заполнителей, а также технологические особенности:

0, 98 – коэффициент, вводимый в базовые нормы в зависимости от вида и свойств используемого цемента. (НГ меньше 26%)

0, 94 – коэффициент, вводимый в базовые нормы у зависимости от вида и    свойств используемого заполнителя. (использование гравия вместо щебня)

отсюда В/Ц = 0,79

4. Определение расхода гравия.

Расход гравия на 1 м³ бетона вычисляют, исходя из следующих двух условий:

1) Содержание крупного и мелкого заполнителя должно позволять получить
бетон плотного строения, т.е. сумма абсолютных объемов компонентов, расходуемых на 1 м³ хорошо уплотненной бетонной смеси, для получе­ния плотного бетона, должна равняться 1000 л:

2) Цементно-песчаный раствор в бетонной смеси должен  заполнить пустоты
между зернами крупного заполнителя с учетом их некоторой раздвижки, что необходимо для получения удобоукладываемой бетонной смеси и связывания зерен заполнителя в единый прочный монолит. Необходимый объем раствора можно определить, если принять, что раздвижка зерен крупного заполнителя увеличит его пустотность на некоторый коэффициент (больше единицы).

Vгр - межзерновая пустотность гравия, %;

Пустотность гравия определяют по формуле:

ρнгр - насыпная плотность гравия, г/см3;

ρгр    - истинная плотность гравия, г/см3;

α - коэффициент раздвижки зерен гравия раствором. Принимаем равным 1,38.

Используем формулу для определения расхода гравия на 1м³ бетонной смеси:

5.      Определение расхода мелкого заполнителя

Расход песка на 1м³ бетона (1000 л) определяют как разность между абсолютным объёмом бетона и суммой абсолютных объёмов цемента, воды и крупного заполнителя, кг:

Полученный состав бетона, называемый номинальным (лабораторным), соответствует сухим материалам.

Произведем перерасчет состава бетона на уменьшение расхода цемента: добавку ЛСТ (лигно-сульфонат технический) применяем в размере 0.2 %, при этом получаем экономию цемента, равную 10%.

В/Ц = 0.79 =>

  [6]

6. Контроль качества исходных материалов

Цемент

Показатели качества, установленные в нормативных документах на цементы, подразделяют на обязательные и рекомендуемые.

Номенклатура обязательных показателей качества для цементов приведена в таблице 6.

Таблица 6

Показатели качества: сроки схватывания, тонкость помола, подвижность цементно-песчаного раствора, растекаемость цементного теста, гидрофобность, водонепроницаемость, сульфатостойкость, морозостойкость, огнеупорность, коррозиестойкость, содержание в клинкере свободного оксида кальция, щелочных оксидов и нерастворимого остатка, потери массы при прокаливании являются рекомендуемыми.

При разработке нормативных документов на новые виды цементов отдельные рекомендуемые показатели качества могут быть установлены как обязательные.

Значение обязательных и рекомендуемых показателей качества устанавливают в нормативных документах на цемент конкретного вида или группу конкретной продукции в зависимости от их назначения и с учетом требований настоящего стандарта.

Цементы на основе портландцементного клинкера не должны содержать хлор-иона более 0,1 %, а содержание оксида серы (VI) должно быть не менее 1,0 и не более 4,0 % массы цемента.

Крупный заполнитель

Для проверки соответствия качества щебня (гравия) требованиям настоящего стандарта проводят приемочный контроль и периодические испытания.

Приемочный контроль на предприятии-изготовителе проводят ежесуточно путем испытания объединенной пробы щебня (гравия), отобранной с каждой технологической линии. При приемочном контроле определяют:

- зерновой состав;

- содержание пылевидных и глинистых частиц;

- содержание глины в комках;

- содержание зерен слабых пород.

При периодических испытаниях определяют:

- один раз в 10 сут - содержание зерен пластинчатой и игловатой формы и содержание дробленых зерен в щебне из гравия и содержание свободного волокна асбеста в щебне из асбестосодержащих пород;

- один раз в квартал - прочность и насыпную плотность, устойчивость структуры против распадов;

- один раз в год - морозостойкость и класс щебня (гравия) по значению удельной эффективной активности естественных радионуклидов, а также по требованию потребителей содержание вредных компонентов и примесей.

Величину удельной эффективной активности естественных радионуклидов определяют, а класс щебня и гравия устанавливают в специализированных лабораториях на аттестованных в установленном порядке гамма-спектрометрических установках или в радиационнометрических лабораториях органов надзора.

При отсутствии данных геологической разведки по радиационно-гигиенической оценке месторождения и заключения о классе щебня и гравия предприятие-изготовитель проводит предварительную оценку разрабатываемых участков горных пород непосредственно в карьере или щебня (гравия) на складе готовой продукции в соответствии с ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов».