Высокопрочный бетон

 

3. СОСТАВ

Состав смеси для  высокопрочных бетонов определяется в соответствии с областью применения и подвергается специальной проверке. В таблице приводятся образцы составов смесей для бетонов класса прочности C70 и C80.

Компоненты	Содержание (кг/куб. м  бетона)
	С70	С80
Цемент СЕМ I 42,5 R Цемент СЕМ I 42,5 R-HS	380	450 —
Суспензия микрокремнезема, состоящая из: воды твердого вещества	60 30 30	90 45 45
Зола-унос каменного угля	60	—
Заполнитель Песок 0/2 мм (30%) Щебень 2/8 мм (25%) Щебень 8/16 мм (45%)	1 812 544 453 815	1 776 533 444 799
Вода затворения	89,8	78,6
Пластификатор (П), состоящий  из: воды твердого вещества	16 10,4 5,6	22 14,3 7,7
Замедлитель твердения (З), состоящий из: воды твердого вещества		1 0,75 0,22
Полипропиленовая фибра	—	2
Содержание воздуха	—	—
Итого	2 418	2 420

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4  ПРОИЗВОДСТВО И ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА

Бетонная смесь изготавливается  в соответствии с рекомендациями по приготовлению высокопрочных  бетонов. Ниже приведены основные выписки.

Бетоносмесительный узел должен иметь необходимое количество расходных бункеров, емкостей и дозаторов, обеспечивающих раздельное дозирование цемента, песка, не менее двух фракций щебня, воды и концентрированного раствора пластифицирующей добавки (или растворов комплексной добавки). Весовые дозаторы для заполнителей могут быть индивидуальные или суммирующие; управление дозаторов - автоматическое,

Дозирование цемента  и заполнителей производится только по весу; допускается дозирование  воды и раствора добавки по объему. Точность дозирования составляющих материалов для бетонной смеси на один замес бетоносмесителя должна быть не ниже:

цемента, воды и растворов  добавок  ±1 %;

каждой фракции заполнителей ±2 %.

Для обеспечения точности дозирования и бесперебойной  работы необходимо ежедневно производить  профилактические осмотры дозаторов с устранением возникших неполадок, контролировать степень наполнения и опорожнения дозаторов, работу дозаторов и другие технологические факторы, которые могут оказывать влияние на величину дозы материала, поступающего в бетоносмеситель.

Приготовление бетонной смеси следует производить в смесителях принудительного перемешивания; допускается приготовление бетонных смесей в гравитационных смесителях (свободного падения).

Порядок загружения материалов в бетоносмеситель: после отвешивания  всех составляющих материалов, необходимых на замес, в смеситель заливают 10-15 % воды; не прерывая подачи воды, загружают цемент и все заполнители.

Концентрированные растворы добавок вводят в смеситель одновременно с подачей воды. Для этого следует  иметь автоматическое устройство, позволяющее подавать раствор добавки равномерно в течение всего периода заливки воды.

Продолжительность перемешивания  составляющих бетонной смеси (считая от момента загрузки всех составляющих до начала выгрузки смеси) должна быть не менее 3 мин при паспортной емкости смесителя до 1000 л и не менее 4 мин - при большей емкости.

Удобоукладываемость бетонной смеси на месте приготовления  должна проверяться не реже, чем  через каждые два часа и может  отличаться от заданной не более чем  на ±1,0 см O.K. В процессе приготовления бетонной смеси необходимо регулярно проводить корректировку производственного состава бетона (расхода заполнителей и воды на замес) в зависимости от фактической влажности заполнителей с тем, чтобы обеспечить требуемую удобоукладываемость и постоянство В/Ц.

При отклонении удобоукладываемости  более чем на ±1 см O.K. должны быть немедленно взяты пробы на определение влажности заполнителей, и, после получения лабораторных данных, произведена корректировка производственного состава бетона. До получения результатов требуемая удобоукладываемость смеси должна быть обеспечена за счет изменения расхода воды на замес.

Работа бетоносмесительного  узла по приготовлению бетонной смеси  должна быть тесно увязана с темпом укладки и уплотнения бетона в  конструкции. Снижение удобоукладываемости за период времени от момента приготовления бетонной смеси до ее уплотнения в опалубке не должно превышать 1,5 см O.K - по сравнению с удобоукладываемостью смеси на месте приготовления.

Бетонную смесь к  месту укладки следует транспортировать в бункерах-раздатчиках или бадьях, оборудованных затворами и вибраторами. Тара должна обеспечивать удобную разгрузку, исключать зависание смеси и потери цементного раствора, позволять очистку и промывку. Конструкция и геометрическая форма бункеров или бадей должна обеспечивать разгрузку смеси без включения вибратора, необходимого только для облегчения очистки поверхностей от налипших частиц.

При перевозках в условиях открытой площадки (полигон ЖБК, строительные объекты и т.п.) бетонная смесь должна быть защищена от атмосферных осадков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5  ПРОЦЕСС ЗАТВЕРДЕВАНИЯ БЕТОНА, АУТОГЕННАЯ УСАДКА

Благодаря относительно высокому содержанию цемента, использованию  микрокремнезема и низкому водоцементному отношению высокопрочные бетоны при затвердевании развивают следующие качества (в сравнении с традиционными бетонами):

•   более быстрое нарастание температуры в строительной конструкции;

• повышенная скорость потребления и связывания воды в процессе гидратации;

•   ускоренное нарастание прочности в первые дни.

Недостатком подобных бетонов  по сравнению с традиционными  бетонами является их более интенсивная  аутогенная усадка. Понятием «аутогенная  усадка» обозначается изменение объема, которое под влиянием изотермических условий происходит в бетонном образце, помещенном в герметичное пространство. Она является результатом химической усадки и, в общих чертах, ассоциируется с «внутренним высыханием» цементного камня (при отношении В/Ц ниже 0,4 содержание воды недостаточно для обеспечения полноценной гидратации цемента). Аутогенная усадка уже впервые дни после бетонирования может привести к возникновению сильного напряжения на растяжение и, следовательно, к трещинообразованию. В отличие от сухой усадки аутогенную усадку невозможно уменьшить путем внешнего ухода за бетоном. Наиболее эффективным средством борьбы с трещинообразованием в высокопрочных бетонах, вызванным аутогенной усадкой, является внутренний уход путем введения равномерно распределенных по всему объему бетона микровключений, содержащих свободную воду.

Перспективным представляется использование полимеров (SAP), обладающих высокой абсорбирующей способностью и играющих роль накопителей. Полимеры SAP добавляются в бетон в виде порошка и в процессе перемешивания поглощают воду, образуя, таким образом, микроскопические водяные поры.

Впервые полимеры SAP были применены для внутреннего ухода в 2006 г. при возведении павильона FIFA к чемпионату мира в Кайзерслаутерне. Сооружение представляет собой филигранную конструкцию из самоуплотняющегося армированного фиброй бетона с прочностью на сжатие цилиндра 145. На рисунке 2 показаны графические изображения аутогенных усадочных деформаций с момента окончательного схватывания бетона с добавлением SAP и без него.

Рисунок 2. Аутогенная усадка в течение первых 28 дней после окончательного затвердевания исследуемого высокопрочного бетона с добавлением SAP и без него

Внутренний уход позволил значительно сократить аутогенную усадку, не оказав при этом негативного  воздействия на удобоукладываемость  бетона (осадка конуса —780 мм), а также  его прочность на сжатие и на изгиб.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Высокопрочные бетоны значительно  быстрее набирают прочность, чем  традиционные бетоны. Причиной этому  служит низкое водоцементное отношение, а также более активное выделение  тепла вследствие быстрой гидратации и высокого содержания цемента. Нарастание прочности на растяжение и модуля упругости по времени происходит еще быстрее, чем рост прочности на сжатие. Соответственно повышению класса прочности бетона на сжатие уменьшается прирост прочности бетона на растяжение.

Высокопрочные бетоны отличаются большей хрупкостью по сравнению с традиционными бетонами, что обусловлено их более гомогенной структурой в отличие от бетонов обычной прочности. Трещины быстро распространяются по всей структуре, что приводит к образованию плоскостных изломов и к растрескиванию зерен заполнителя.

Процессы, которые с  течением времени вызывают деформации бетонов обычной прочности, как  правило, также характерны для высокопрочных  бетонов, однако с некоторыми отличиями:

• уменьшение деформации ползучести;

• уменьшение влияния  толщины строительной конструкции  и относительной

влажности воздуха окружающей среды;

• сокращение сухой усадки (за счет выделения влаги в окружающую среду);

• увеличение аутогенной усадки вследствие внутреннего высыхания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ БЕТОНА

Неразрушающий контроль — контроль свойств и параметров объекта, при котором не должна быть нарушена пригодность объекта к  использованию и эксплуатации. Такой  контроль особенно важен при создании и эксплуатации жизненно важных изделий, компонентов и конструкций.

Неразрушающий контроль бетона проводится по ГОСТ 22690-88 (механические методы), ГОСТ 17624-87 и СТО 3654501-009-2007 (ультразвуковой метод).

При проведении определения  прочности бетона с помощью методов неразрушающего контроля необходимо учитывать, что все эти методы являются косвенными. В существующем здании оценка прочностных показателей конструктивных единиц обычно осуществляется двумя способами. Первый основывается на нагружении конструкции вплоть до ее разрушения, и, таким образом, определяется предельная несущая способность. Однако применение такого метода является, по понятным причинам, экономически нецелесообразным. Гораздо более привлекательны в этом плане неразрушающие методы, которые подразумевают применение для оценки состояния конструкций специальных приборов. В этом случае обработка полученных результатов измерений осуществляется при помощи компьютерных программ, что позволяет получить значительную достоверность конечных характеристик. Наиболее весомым фактором, определяющим метод и средства измерения и контроля, является предельно допустимая погрешность измерений. Так же немаловажно удобство проведения работ, простота обработки результатов. Основой неразрушающих методов являются косвенные характеристики, такие как отпечаток на бетоне; энергия, затраченная на удар; напряжение, приведшее к местному разрушению бетона. Рассмотрим подробнее часто применяемые методы неразрушающего контроля для основных строительных материалов.

Методы местных разрушений

Это самые точные из методов  неразрушающего контроля прочности, поскольку  для них допускается использовать универсальную градуировочную зависимость, в которой изменяются всего два  параметра:

1) крупность заполнителя,  которую принимают равной 1,0 при крупности менее 50 мм и 1,1 при крупности более 50 мм;

2) тип бетона – тяжелый  либо легкий.

Метод отрыва со скалыванием и скалывания ребра конструкции заключаются в регистрации усилия, необходимого для скалывания участка бетона на ребре конструкции, либо местного разрушения бетона в процессе вырывания из него анкерного устройства.

Метод отрыва со скалыванием  является единственным неразрушающим  методом контроля прочности, для  которого в стандартах прописаны  градуировочные зависимости. Метод  отрыва со скалыванием характеризуется наибольшей точностью, но и наибольшей трудоемкостью испытаний, обусловленной необходимостью подготовки шпуров для установки анкера. К недостаткам метода следует отнести также невозможность использования в густоармированных и тонкостенных конструкциях.

Метод отрыва стальных дисков может быть использован при испытании  бетона в густо-армированных конструкциях, когда метод отрыва со скалыванием, а нередко и метод скалывания ребра конструкции (с учетом его  ограничений) не могут быть использованы. Он точен и менее трудоемок по сравнению с методом отрыва со скалыванием. К недостаткам метода следует отнести необходимость наклеивания дисков за 3-24 часа до момента испытания (в зависимости от применяемого клея).

Метод скалывания ребра  конструкции используется главным образом для контроля линейных элементов (сваи, колонны, ригели, балки, перемычки и т.п.). В отличие от методов отрыва и отрыва со скалыванием, он не требует подготовительных работ. Однако при защитном слое менее 20мм и повреждениях защитного слоя метод неприменим.

Метод отрыва стальных дисков заключается в регистрации напряжения, необходимого для местного разрушения бетона при отрыве от него металлического диска, равного усилию отрыва, деленному на площадь проекции поверхности отрыва бетона на плоскость диска. В настоящее время метод используется крайне редко. Недостатки методов местных разрушений: повышенная трудоемкость; необходимость определения оси арматуры и глубины ее залегания; невозможность использования в густоармированных участках; частично повреждает поверхность конструкции.

Методы ударного воздействия  на бетон

Самый распространенный метод контроля прочности бетона из всех неразрушающих - метод ударного импульса. Метод ударного импульса заключается в регистрации энергии удара, возникающей в момент соударения бойка с поверхностью бетона.