Высокопрочный бетон

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Восточно-Сибирский государственный  университет технологий и управления

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

Высокопрочный бетон

 

 

 

 

 

 

                                                                                       Выполнил: студент М313

                                                                                                            Миняева А.А.

                                                                                      Проверил: преподватель

                                                                                                           Балханова Е.Д.

 

 

 

 

 

 

г. Улан – Удэ

2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 3

1  ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ

ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА 4-5

2  МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ 

    ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ  БЕТОНА 6-8

3  СОСТАВ 9

4  ПРОИЗВОДСТВО И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА 10-11

5  ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ БЕТОНА,

   АУТОГЕННАЯ УСАДКА 12-13

6  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 14

7  НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БЕТОНА 15-18

8 ДОЛГОВЕЧНОСТЬ 19

9  ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫХ БЕТОНОВ

    В СТРОИТЕЛЬСТВЕ 20-21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Для повышения технологической обеспеченности проектных решений применяются бетоны нового поколения с высокими технологическими и эксплуатационными свойствами, с гарантированными показателями качества, которым отводится важная роль в сложных инженерных сооружениях XXI века.

Имеются в виду бетоны с высокими эксплуатационными свойствами, так называемые «High Perfomance Concrete», которые  уже сегодня востребованы не только необходимостью выдерживать возрастающие воздействия природного и особенно техногенного характера, но и новыми эстетическими требованиями, предъявляемыми к современным инженерным сооружениям.

Сегодня концепцию бетонов  с высокими эксплуатационными свойствами можно изложить следующим образом:

а) доступная технология производства бетонных смесей и бетонов с широким диапазоном свойств, основанная на использовании сложившейся производственной базы и традиционных материалов;

б) высокие физико-технические  характеристики бетонов – высокая  прочность, низкая проницаемость для  воды и газов, низкая усадка и ползучесть, повышенная коррозионная стойкость и долговечность, т.е. свойства, сочетание которых или преобладание одного из которых обеспечивает высокую надежность конструкций при любых условиях эксплуатации.

Такой подход вполне обоснован:

• с одной стороны, бетон должен сохранить все преимущества, сделавшие его основным конструкционным материалом строительства, т.е. изготовляться главным образом на основе местных ресурсов в непосредственной близости от стройплощадок, с небольшими трудозатратами как при приготовлении смесей, так и при бетонировании конструкций;
• с другой стороны, он должен обладать достаточным потенциалом,

чтобы воспринимать без  «вторичной» защиты повышенные физико-механические нагрузки при эксплуатации конструкций  в различных, в том

числе в сильно агрессивных, средах.

За короткий срок в  России было основано массовое производство бетонов нового поколения – высокой  прочности, низкой проницаемости, повышенной коррозионной стойкости и морозостойкости. Достаточно отметить, что за последние 10 лет в РФ возведено более 750 тыс.м³ железобетонных конструкций, из которых 250 тыс.м3 – из высокопрочного бетона классов В50-В60 и выше.

1  ОПРЕДЕЛЕНИЕ И КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВЫСОКОПРОЧНОГО БЕТОНА

Сегодня в странах  ЕС к высокопрочным принято относить бетоны с прочностью на сжатие от 60 до 130 МПа. 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).

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.

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.

В России бетоны особо  высокой прочностью недостаточно востребованы. Средние прочности бетонов, применяемые в России, почти вдвое ниже, чем в США, и на 30-50% ниже, чем в Европейских странах. Для строительства зданий и сооружений в России максимальная прочность бетона, определяемая его классом в соответствии со СНиП 2.03.01-84, составляет - В60. Новая редакция ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» устанавливает максимальный класс бетона В80, что соответствует ближайшей марке по прочности M 1000. Эффективные конструкции из высокопрочных бетонов составляют в России 0,5% от общего объема, в США более 1,0% от общего объема, в Норвегии более 10%. В последние годы рядом институтов и организаций проводятся интенсивные исследования и разработки, направленные на расширение использования высокопрочного бетона, в частности на основе вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), а также путем использования эффективных суперпластификаторов и ультрадисперсных наполнителей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОНА

К материалам, используемым для приготовления высокопрочного бетона, предъявляются повышенные требования, обеспечивающие получение бетона нужной прочности при максимально возможной экономии цемента.

Цемент. В качестве вяжущего, применяют пластифицированный, гидрофобный или обычный портландцементы, которые должны иметь наибольшую возможную активность и наименьшую нормальную густоту. Рекомендуются цементы, у которых нормальная густота цементного теста не более 25—26% и активность не ниже 32Мпа.

При выборе цемента следует  также обратить внимание на следующее:

• совместимость цемента и пластификатора;

• водопотребление или  тонкость помола;

• характер нарастания прочности  и желаемое значение конечной прочности;

• характер выделения  тепла в процессе гидратации с  учетом размеров строительной конструкции.

Высокопрочные бетоны наиболее целесообразно приготовлять на высокоактивных портландцементах (ВПЦ). Достаточно быстрое нарастание прочности в раннем возрасте позволяет сократить до минимума использование различного рода ускорителей твердения бетона.

На практике отлично  проявили себя цементы класса CEM I 42,5 R, особенно те, которые отличаются низким содержанием трикальция алюмината (C3A). Как показывает опыт, в случае производства крупногабаритных элементов или при повышенной температуре окружающей среды целесообразно скомбинировать портландцемент и шлакоцемент, заменив также одну часть портландцемента на золу-унос каменного угля.

Песок. Для приготовления  высокопрочного бетона используются природные, искусственные (или их смеси) фракционированные кварцевополевошпатовые пески, поставляемые в виде двух фракций — крупной (размерами зерен от 1,25 до 5 мм) и мелкой (размерами зерен от 1,4 до 0,63 мм). Зерновой состав крупного и мелкого заполнителей после фракционирования должен отвечать требованиям ГОСТ.

В крупной фракции  наличие зерен более 5 мм, а в мелкой менее 0,14 мм не допускается, при этом содержание отмучиваемых примесей в песке не должно превышать 1 % по весу. Исходя из условий получения бетонной смеси с наилучшей удобоукладываемостью соотношение крупной и мелкой фракций песка выбирают в пределах: крупной — 20— 50% и мелкой — 80—50% но весу.

Для приготовления высокопрочных  бетонов марок до 800 включительно можно применять чистые крупно-    или   среднезернистые    пески    природной    гранулометрии

(без фракционирования) при условии, если кривая просеивания находится в пределах области, рекомендуемой ГОСТ. В случаях, когда вязкость применяемого цементного теста велика, т. е. нормальная густота больше 26%, а водоцементное отношение меньше 0,33, кривая просеивания должна находиться у верхней границы области, рекомендуемой ГОСТ. Такой песок следует фракционировать, отделяя частицы мельче 0,3 мм. Применять пески, зерновой состав которых не отвечает указанным требованиям, допускается только при соответствующем технико-экономическом обосновании.

Крупный заполнитель. В качестве крупного заполнителя в высокопрочных бетонах применяют щебень, получаемый дроблением прочных плотных горных пород (граниты, диабазы, кремнистые известняки), после дробления которых получаются зерна с шероховатой поверхностью. Не следует применять гравий или щебень с гладкой поверхностью (получаемый при дроблении кварцитов, сиенитов, известняков мраморной структуры). Прочность щебня при сжатии в насыщенном водой состоянии, согласно ГОСТу, должна превышать прочность бетона не менее чем в полтора раза. Допускается применять щебень пониженной прочности, но не ниже прочности бетона. В этом случае его следует испытывать в бетоне и использовать после соответствующего технико-экономического обоснования.

Щебень необходимо применять чистым (не содержащим отмучиваемых частиц) и фракционированным. Размеры фракций принимаются 5—10, 10—20 и 20—40 мм.

Наибольшую крупность  щебня обычно выбирают в зависимости от размеров поперечного сечения элемента и особенностей армирования конструкции. Для изготовления слабоармированных, толстостенных конструкций можно применять щебень с максимальной крупностью до 70 мм. На рисунке 1 показана кривая гранулометрического состава. Размер самого крупного зерна составляет 16 мм.

Заполнители, используемые для приготовления высокопрочного бетона, должны быть сухими. В остальном крупный заполнитель должен отвечать требованиям ГОСТа.

Добавки. В качестве минеральных  добавок при производстве высокопрочных  бетонов используются: микрокремнезем, зола-унос каменного угля, метакаолин, нанокремнезем (кремневая кислота) и каменная мука (кварцевая и известняковая мука). Микрокремнезем имеет в данном контексте особое значение: сферические частицы микрокремнезема диаметром примерно 0,2 микрометра заполняют пустоты между частицами цемента и усиливают сцепление между зернами заполнителя и цементным камнем за счет разрушения низкопрочных кристаллов портландита (пуццолановая реакция).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. Кривая гранулометрического состава заполнителей для производства высокопрочных бетонов

Обязательным условием при изготовлении высокопрочных  бетонов является использование  пластификаторов в качестве химических добавок. В недавнем прошлом особой популярностью пользовались пластификаторы на основе сульфонатов нафталина и меламина (действие осуществляется за счет электростатического отталкивания одинаково заряженных ионов на поверхности частицы, а также за счет уменьшения поверхностного натяжения воды).

 В последние годы  все большее применение находят  эфиры поликарбоксилата, которые наряду с вышеназванными эффектами обладают дополнительным преимуществом: структуры макромолекул полимера, которые скапливаются на поверхности частицы, фактически берут на себя функцию распорок. В данном случае речь идет о пространственной (стерической) стабилизации. По сравнению с другими реагентами, даже минимальная доза продуктов на основе эфиров поликарбоксилата обеспечивает адекватное разжижающее действие и продлевает сроки удобоукладываемости бетонной смеси. При этом необходимо учитывать замедление гидратации цемента.

Как правило, эффективность  или совместимость пластификатора с цементом и тонкодисперсными компонентами бетонной смеси, а также дозировка испытываются в ходе соответствующих экспертиз.