Специальные виды бетона

Дорожный цементный  бетон применяется для устройства автодорожных покрытий, аэродромов, оснований  под асфальтобетонные покрытия, возведения мостовых сооружений. Для изготовления дорожных бетонов применяют специальные портландцементы (дорожный, гидрофобный, пластифицированный), заполнители могут быть тяжелыми и легкими. Для устройства верхних слоев дорожных покрытий применяют бетоны с прочностью при сжатии классов: В22,5; В25; В30, для нижних - В15 и В20. При строительстве мостов применяют железобетонные конструкции, тяжелые бетоны для их изготовления имеют классы: В15- В45. Марки дорожных бетонов по морозостойкости: F100, F150, F200; для повышения их морозостойкости применяют воздухововлекающие добавки, создающие резервные поры (до 5 - 6% от объема в бетоне). Резервными называют поры, в которых мигрирует вода! при отрицательных температурах. В качестве таких добавок используют СНВ (на основе абиетиновой кислоты), мылонафт и др. Дорожные бетоны хорошо сопротивляются истирающим воздействиям при движении транспорта. Для повышения стойкости бетонов на износ и истирание применяют заполнители с повышенной твердостью либо при устройстве дорожных покрытий втапливают в верхний слой свежеуложенного бетона частицы из особо твердых материалов (кварцита, корунда и др.) размером до 5 мм. Коэффициент температурного расширения не должен превышать 10*1-6 на 1 ºС. С уменьшением содержания цемента уменьшаются усадочные деформации, поэтому при проектировании составов бетонов рекомендуется использовать общий метод, позволяющий получать бетоны оптимальных составов с наилучшими показателями свойств, в том числе с минимальной усадкой, наибольшими прочностью и долговечностью. Для изготовления дорожных бетонов рекомендуются промытые крупные заполнители, содержащие глинистых примесей не более 1 % по массе, а пески - крупно- и среднезернистые, природного происхождения или полученные дроблением плотных горных пород.

Декоративные дорожные бетоны применяют при устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях и т.п. Для таких бетонов применяют цветные цементы или в бетонную смесь вводят щелоче- и светостойкие пигменты (охру, сурик, мумию и др.) в количестве 8- 10 % от массы цемента. Заполнители получают из декоративных горных пород: кварцитов, мрамора, туфов и др.

Специальные бетоны. Часть 2

Гидротехнический  бетон применяется для строительства  плотин, набережных, каналов и других сооружений, которые постоянно или  периодически подвергаются воздействию  воды. Классы тяжелых гидротехнических бетонов по прочности на сжатие: В7,5- В40. Марки по морозостойкости: F100- F500, выбирают в зависимости от климатических условий. Марки по водонепроницаемости; W4-W12, выбирают в зависимости от напорного градиента. Гидротехнические бетоны должны быть водостойкими, трещино-стойкими и по возможности дешевыми.

В зависимости от воздействия воды, воздуха и других сред различают бетон наружной зоны гидротехнических сооружений, непосредственно  соприкасающийся с водной или  воздушной средой, и бетон внутренней зоны. В свою очередь, бетоны наружной зоны подразделяют на подводный, находящийся в зоне переменного уровня воды, и надводный. В наиболее тяжелых условиях эксплуатации работает бетон, расположенный в зоне переменного уровня воды. Так как он всегда влажный, то при изменении влажности вода, мигрируя, расшатывает структуру бетона. Такой бетон подвергается многократным воздействиям положительных и отрицательных температур, поэтому должен быть морозостойким. В зоне переменного уровня воды находятся водосливные части плотин, морские причалы, градирни, в которых охлаждается вода на теплоэлектростанциях и металлургических предприятиях. Для таких бетонов важно правильно выбрать вид, марку и количество цемента, применять морозостойкие заполнители, тщательно производить работы по бетонированию. Бетон внутренней зоны защищен от непосредственного воздействия окружающей среды наружным бетоном и к нему предъявляются менее жесткие требования по плотности, прочности, водонепроницаемости, морозостойкости. Для бетона внутренней зоны выбирают цементы, которые при твердении выделяют мало теплоты (во избежание трещинообразования из-за возможных температурных напряжений): шлакопортландцементы, пуццолановые портландцементы, которые дешевле портландцементов за счет введения активных гидравлических добавок и являются водостойкими. Для подводных зон применяют бетоны на основе гидрофобного и пластифицированного портландцемента. Для сооружений, работающих в морских условиях, применяют бетоны на основе сульфатостойкого портландцемента. Для особо ответственных гидротехнических coоружений используют цементы, удовлетворяющие специальным техническим требованиям.

Водопоглощение гидротехнического бетона определяют на образцах стандартных размеров в возрасте 28 сут, высушенных до постоянной массы методом капиллярного всасывания. При этом водопоглощение бетона зоны переменного уровня не должно превышать 5 % (от массы высушенного образца), для бетонов других зон - не более 7 %. Нормируются также величины линейной усадки и набухания образцов в возрасте 28 и 180 сут.

Жаростойкие бетоны применяются в условиях длительного  действия высоких температур (для  футеровки печей и вагонеток, для устройства фундаментов промышленных печей, дымовых труби и т. п.) или при кратковременных воздействиях высоких температур. Цементный тяжелый бетон может достаточное время coxpaнять и даже увеличивать прочность при температурах до 100 ºС за счет дальнейшей гидратации цемента. Однако при более высоких температурах в цементном камне происходит обезвоживание гидросиликатов кальция, гидроалюмината кальция и разложение Са(ОН)₂ с образованием СаО. При последующем воздействии влаги вновь образуется Са(ОН)₂, реакция протекает с увеличением объеме и может вызвать растрескивание бетона. Поэтому при длительных воздействиях высоких температур (до 1580 ºС) необходимо применять жаростойкие бетоны, а при температурах 1580- 1770 ºС - огнеупорные бетоны. Эти бетоны по средней плотности могут быть особо тяжелыми, тяжелыми, облегченными, легкими, ячеистыми. Для их изготовления используют вяжущие вещества:

1. портландцемент, в состав которого вводят тонкоизмельченный материал, содержащий активный Si02, который реагирует с Са(ОН)2 при температуре 700 -900 ºС и связывает его;
2. глиноземистый цемент;
3. высокоглиноземистый цемент; алюмофосфатное вяжущее;
4. жидкое стекло с добавкой, ускоряющей его твердение, например Na2SiF6;
5. шлакопортландцементы.

Если бетон одновременно работает в условиях высоких температур (до 1000ºС) и кислых сред, то целесообразно использовать вяжущие вещества на жидком стекле. Еще более высокой стойкостью к высоким температурам (свыше 1580 ºС) обладает высокоглиноземистый цемент, содержащий 65 - 80% глинозема А12Оэ. Используя этот цемент и высокоогнеупорные заполнители, изготовляют бетоны, эксплуатирующиеся при температурах до 1700ºС. В этих же условиях применяют бетоны на фосфатных и алюмофосфатных связующих веществах; такие бетоны имеют небольшую огневую усадку и хорошо сопротивляются истирающим воздействием.

Заполнители для  жаростойких бетонов должны сохранять  свои свойства при длительных воздействиях высоких температур. К ним относятся: хромитовые руды, бой магнезита, щебень из базальтов и диабазов, щебень из кирпичного боя и бескварцевых сиенитов, габбро и др. В зависимости от температуры эксплуатации выбирают соответствующие заполнители. Например, при температурах 700 - 900 ºС применяют бой обычного кирпича, а при более высоких температурах заполнители должны быть из огнеупорных материалов; шамотных, хромомагнезитовых, хромитовых руд и др.

Специальные бетоны. Часть 3

Легкие жаростойкие  бетоны эксплуатируются при температурах до 1200 ºС, их средняя плотность составляет менее 2100 кг/м³ за счет использования в качестве заполнителей пористых щебня или гравия: керамзита, вулканического туфа, вспученного перлита, вспученного вермикулита, боя легковесных огнеупоров. При их использовании удается сократить теплопотери в окружающую среду, так как теплопроводность легких бетонов в 1,5 - 2,0 раза меньше, чем у тяжелых.

Ячеистые жаростойкие  бетоны отличаются еще меньшей теплопроводностью, их средняя плотность 500-1200 кг/м³. Разработан состав особо легкого бетона, вяжущим веществом в котором служит портландцемент, тонкомолотая силикат-глыба и легкие пористые заполнители. Этот бетон эксплуатируется при температурах до 1000 ºС. Его теплопроводность при 20 ºС составляет 0,09 Вт/(м o К), I при 600 ºС - 0,2 Вт/(м * К), средняя плотность - 300 кг/м³, что позволяет существенно уменьшить толщину конструкций и облицовок по сравнению с тяжелыми и даже с легкими жароупорными бетонами.

Одним из наиболее перспективных  компонентов жаростойких бетонов  является алюмохромовый тонкодисперсный  порошок, имеющий высокую огнеупорность (до 2000 ºС), исследования НИИ керамзита показали, что его целесообразно добавлять к смешанным вяжущим веществам на портландцементе и глиноземистом цементе. Получены жаростойкие бетоны, сохраняющие прочность и другие необходимые свойства в заданных пределах при температурах эксплуатации 2000 - 2500 ºС. Их изготовляют на основе цирконийсодержащих вяжущих веществ с использованием тугоплавких и огнеупорных заполнителей.

Жаростойкие бетоны в виде сборных изделий и в  монолите применяют в энергетической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической промышленностях, в производстве строительных материалов (печи, сушилки). Они дешевле фасонных огнеупорных изделий, их можно использовать взамен полукислых, шамотных и других огнеупорных материалов.

Кислотоупорный бетон - разновидность ИСК, применяется для изготовления конструкций и в качестве защитных слоев по железобетону, кирпичу и металлу от кислот. В качестве вяжущего вещества для кислотоупорного бетона применяют специальный (кислотоупорный) цемент на основе жидкого стекла. Кислотоупорный цемент состоит из смеси тонкомолотого наполнителя (кварцевого песка, андезитовой, диабазовой или базальтовой муки) с инициатором твердения - кремнефтористым натрием. Эта смесь затворяется водным раствором силиката натрия или калия (жидким стеклом). Заполнители также должны быть кислотостойкими, Таковыми являются кварцевый песок и щебень из андезита, бештаунита, кварцита, диабаза, базальта, кислотостойкой керамики.

Примерный состав кислотоупорного  бетона в процентах по массе: жидкое стекло - 9-11; кремнефтористый натрий - 1,3 - 2,0; тонкомолотые наполнители - 12-16; кварцевый песок - 24 - 26; кислотостойкий щебень - 48 - 50. Предел прочности при сжатии горных пород, из которых получают щебень и песок, должен быть не ниже 60 МПа. Запрещается применение заполнителей из карбонатных пород (известняков, доломитов и др.), в заполнителях не должно быть металлических включений. Отдозированные материалы перемешивают (загружая их в смеситель в определенной последовательности) до однородного состояния. Полученные смеси применяют для устройства защитных слоев либо прессуют из них штучные изделия: трубы, детали резервуаров, химическую аппаратуру. Жизнеспособность бетонной смеси - не более 50 мин при температуре 20 ºС, с повышением температуры она уменьшается; транспортирование, укладку и уплотнение бетонной смеси подлежит вести непрерывно при температуре не ниже 10ºС. Бетонную смесь на жидком стекле после укладки уплотняют вибрированием. Ее твердение продолжается не менее 10 суток на воздухе при температуре не ниже 15 ºС и относительной влажности воздуха не выше 70 %. После отвердевания рекомендуется поверхность бетона смочить 25 -40 % раствором серной или соляной кислоты для повышения химической стойкости. Кислотоупорный бетон (раствор) выдерживает действие концентрированных кислот, но вода, слабые кислоты и щелочи разрушают его.

Разновидностью кислотоупорного  бетона является кислотоводостойкий бетон, в котором повышено содержание жидкого  стекла (18 - 20% натриевого или 15% калиевого  жидкого стекла).

Кислотонепроницаемость этих бетонов обеспечивается введением в состав бетона полимерных добавок в количестве 3 - 5 % от массы жидкого стекла: фуранового спирта, фурфурола, ацетоноформальдегидной смолы и др. Водостойкость повышают введением полимерных добавок в количестве до 10-12% от массы от жидкого стекла: карбамидной смолы, кремнийорганических гидрофобизирующих жидкостей ГКЖ-10 или ГКЖ-11, эмульсии парафина и др.

Специальные бетоны. Часть 4

Гидроизоляционный бетон применяют для устройства гидроизоляции в шахтах, подвалах, для зачеканки швов, при строительстве гаражей, туннелей в метрополитенах и т. п. Для изготовления гидроизоляционных бетонов (растворов) применяют напрягающий цемент - быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество или расширяющийся цемент. При твердении этих цементов происходит увеличение объема цементного теста за счет образования в нем повышенного количества эттрингита, что приводит к уплотнению структуры бетона. При испытании гидроизоляционного бетона не наблюдается фильтрации воды через его толщину при давлении воды до 2 МПа, т.е. он практически водонепроницаем, имеет высокие морозостойкость и стойкость 1 агрессивных средах. Свежеприготовленную бетонную смесь укладывают в опалубку и уплотняют глубинным или поверхностным вибратором. Раствор или мелкозернистый бетон наносят вручную либо торкретированием (под давлением) из специальной установки.

Бетоны для защиты от радиоактивного воздействия применяют  при строительстве и ремонте  атомных электростанций, в рентгеновских  кабинетах, для защиты от радиоактивных лучей и т.п. Эти бетоны являются особо плотными, их средняя плотность составляет 2500 - 6000 кг/м³, гидратные бетоны содержат повышенное количество химически связанной воды - более 3 % по массе, а следовательно, и водорода. Водород способствует поглощению бетоном нейтронов, ?-лучей и др. Вяжущим веществом в особо тяжелых бетонах служит портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглиноземистый (расширяющийся) цемент, в гидратных бетонах - глиноземистый, напрягающий (самонапрягаемый), быстротвердеющий и др. Эти цементы способствуют удержанию химически связанной и адсорбционной воды в бетонах. Крупные заполнители в особо тяжелых бетонах (с высокой плотностью): железные руды (магнетит и гематит) с содержанием железа не менее 60%, барит, металлический скрап, бурый железняк (лимонит) Fe203*nH20, позволяющий повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне, обрезки железа и т.п. Песок представляет собой дробленый бурый железняк, лимонит, баритовые руды (барит) и др. Для повышения защитных свойств особо тяжелых бетонов вводят добавки: карбид бора, хлористый литий, сернокислый кадмий. К заполнителям предъявляются специальные требования по плотности, прочности, водопоглощению, химическому составу.