Бетон для защиты от радиоактивного воздействия должен иметь заданную прочность, плотность, относительно низкий модуль упругости, содержать определенное количество химически связанной воды, задерживать радиоактивные частицы. Бетоны, расположенные у активного реактора, должны обладать стойкостью к радиоактивным излучениям, быть огне- и жаростойкими при возможных авариях, иметь минимальную усадку и соответствовать другим специальным требованиям. Для проектирования составов этих бетонов существуют специальные методы; оптимальные составы особо тяжелых и гидратных бетонов можно рассчитывать общим методом теории ИСК. Бетонные смеси приготовляют в бетоносмесителях, уплотнение их осуществляется вибраторами, т.е. по той же технологии, что и обычные бетонные смеси.

Мелкозернистый бетон  изготовляют без крупного заполнителя, что приводит к повышенной водопотребности бетонной смеси и увеличению расхода цемента на 20 - 40% по сравнению с обычным бетоном той же прочности и подвижности бетонной смеси. Применение высококачественного песка, суперпластификатора и интенсивного уплотнения позволяет уменьшить расход цемента в мелкозернистых бетонах. Мелкозернистый бетон отличается повышенной прочностью на изгиб; его применяют для изготовления тонкостенных и армоцементных конструкций, мелкопнутых тротуарных прессованных плит. Мелкозернистые бетоны на известковых вяжущих (силикатные материалы автоклавного твердения) находят широкое применение в современном строительстве. При их производстве широко используют отходы: золы ТЭС, шлаки, что позволяет существенно снизить их стоимость.

Серный бетон изготовляют  из сухих заполнителей: щебня, песка, минерального порошка, которые предварительно нагревают и при температуре 140- 150 ºС и перемешивают с расплавленной  серой. Таким образом получается формовочная смесь с температурой 145- 155 ºС. Наполнители должны быть кислотостойкими: молотый кварцевый песок, андезитовая мука и др. За рубежом из серного бетона изготовляют сваи, фундаменты, дорожные покрытия, полы промышленных предприятий, в которых имеется наличие агрессивной кислотной среды. В зависимости от заполнителя серные бетоны подразделяются на легкие, тяжелые и особо тяжелые; по структуре - на плотные, поризованные, ячеистые и крупнопористые. Бетонные смеси в зависимости от расхода серного вяжущего вещества (смесь расплавленной серы с порошкообразным наполнителем) могут быть литыми, подвижными, жесткими и особо жесткими. Уплотнение их производится вибрацией, прессованием или комбинированным способом. При остывании происходит затвердение серных бетонов, при этом сера кристаллизуется на поверхности заполнителей. Для приготовления и укладки смеси можно использовать как стандартное оборудование, так и специальное. Производство серных бетонов по технологическим параметрам и оборудованию сходно с производством асфальтовых бетонов. Из серного бетона изготавляют тротуарные плитки, торцевые шашки, дорожные плиты, бортовой камень, плиты для полов с агрессивной средой, канализационные и дренажные трубы, фундаментные блоки, черепицу, отделочные плиты и др. Стоимость серного бетона примерно в два раза выше по сравнению с цементным бетоном, поэтому в России его применяют пока в небольшом объеме. Однако некоторые химические предприятия могут поставлять серосодержащие отходы с содержанием технической серы 25 - 80 %. Кроме того, большое количество серосодержащих отходов образуется при добыче серы. Использование этих отходов позволит улучшить защиту окружающей среды и снизить стоимость серных бетонов.

Специальные бетоны. Часть 5

Полимерсерные бетоны получают на основе технической серы, полимерных добавок, минеральных заполнителей и наполнителей. В качестве полимерной добавки (1 - 5 %) применяют хлорпарафин, стирол, дициклопентадиен и др. Вместо технической серы можно использовать серосодержащие отходы: золы и хвосты отстоя. Мелким заполнителем является кварцевый песок, щебень из горных пород, наполнителями - кварцевая или андезитовая мука, маршаллит и др. Серу или серосодержащие отходы расплавляют совместно с полимерными добавками и наполнителем в плавителе при температуре 150 ºС, а потом перемешивают в обогреваемом бетоносмесителе с заполнителями. Из такой смеси виброформованием изготовляют дорожные и тротуарные плиты, бордюрные камни, химически стойкие полы.

В зависимости от применяемых заполнителей средняя  плотность полимерсерных бетонов составляет 300 - 2500 кг/м³, пределы прочности: при сжатии 10 - 80 МПа, при растяжении 12-13 МПа, при изгибе 10-11 МПа. Эти бетоны быстро твердеют, их можно армировать стальной или стеклопластиковой арматурой и применять в сборном и монолитном строительстве промышленных и сельскохозяйственных предприятий.

Бетон на шлакощелочных  вяжущих веществах в качестве основного алюмосиликатного компонента содержит молотый гранулированный  шлак, а в качестве щелочного - растворы щелочей (натрия Или калия). Заполнители  могут быть разными: из горных пород - гранитовый, известковый и другой щебень, искусственные - керамзит, вспученный перлит. В качестве мелкого заполнителя используют природные пески, супеси, лессы и легкие суглинки. В шлакощелочных бетонах наличие в заполнителях пылевидных и глинистых частиц при твердении полезно, так как образуются дополнительные упрочняющие соединения - нерастворимые щелочные гидроалюмосиликаты.

В зависимости от вида и качества заполнителей, а  также от способа тепловой обработки (естественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка) предел прочности на сжатие бетонов составляет 30-150 МПа. Бетоны отличаются высокой морозостойкостью (до 700 циклов и более), жаростойкостью, водонепроницаемостью - до 2 МПа, износостойкостью, высокой коррозионной стойкостью. Легкие шлакощелочные бетоны имеют предел прочности на сжатие 3 - 60 МПа при средней плотности 300-1900 кг/м³. Можно получать и ячеистые шлакощелочные бетоны с применением пенообразователей или газообразователей.

Свойства шлакощелочных бетонов существенно зависят от характера контакта между вяжущим веществом и заполнителем. Эксперименты, проведенные В. Г. Герасимчуком, показали, что в контактной зоне существует максимальный экстремум микротвердости, повышенное содержание новообразований, наивысший коэффициент корреляции химических элементов, т.е. структура контактного слоя приближается к оптимальной. Шлакощелочные бетоны применяют при устройстве дорожных оснований и покрытий, тротуарных плит, стеновых блоков, для устройства фундаментов. Разработана технология производства жаростойкого ячеистого бетона с применением металлургических гранулированных шлаков и щелочи. Из него изготовляют плиты размерами 750х500х70 и 750x500x200 мм.

Специальные бетоны. Часть 6

Бетонополимеры - цементные  бетоны, в которых поры частично или полностью заполнены затвердевшим полимером. Заполнение порового пространства осуществляется пропиткой цементного бетона низковязкими полимеризующимися олигомерами (полиэфирными, эпоксидными) или мономерами (метилметакрилат или стирол), для чего бетонные или железобетонные изделия предварительно высушивают до 1%-ной влажности, помещают в специальную камеру и вакуумируют, а потом заливают мономер или олигомер для пропитки, после чего избыток пропитывающего состава сливают. Полимеризация осуществляется в той же камере или в автоклаве при нагреве либо под действием радиации от радиоактивного кобальта. Время пропитки составляет 2-4 ч, время каталитической полимеризации при температуре 20- 100 ºС составляет 4 -6 ч.

Бетонополимеры имеют высокую прочность, которая увеличивается в несколько раз по сравнению с прочностью бетонов до пропитки, низкое водопоглощение за 24 ч (0,02 - 0,03%), возрастающую морозостойкость, сопротивляемость истирающим воздействиям и химическую стойкость. Однако стоимость бетонополимеров высокая, их применяют при устройстве полов промышленных зданий, напорных труб, линий электропередачи, свайных фундаментов, т.е. для изготовления изделий и конструкций, работающих в суровых условиях.

Полимерцементный  бетон изготовляют с применением комплексного вяжущего вещества - неорганического (различные цементы) и органического в виде водных дисперсий полимеров (эмульсий и латексов). Эмульсии и латексы являются продуктами эмульсионной полимеризации и сополимеризации мономеров (винилацетата, винилхлорида, стирола и др.). Используют также натуральные и синтетические латексы: дивинилстирольных марок СКС-30, СКС-50, дивинилнитрильный - СКН-40, поливинилацетатную эмульсию и др. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, щебень из гранита, андезита и других горных пород. Чаще используют песчаные полимерцементные бетоны. Свойства бетонов зависят главным образом от полимерцементного отношения (П/Ц); Масса полимера берется в сухом состоянии. Например, для полимерцементного бетона с добавкой поливинилацетатной эмульсии (ПВА) максимальная прочность достигается при содержании ПВА в количестве 20 % от массы цемента, т.е. в данном случае отношение П/Ц = 0,2 является оптимальным.

Достоинствами полимерцементных бетонов являются высокие прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, сопротивление удару и истиранию, недостатками - повышенные усадка и ползучесть. Эти бетоны применяют при устройстве полов в общественных и промышленных зданиях, покрытий дорог, аэродромов, при реставрационных работах по бетону.

Фибробетон - это  мелкозернистый бетон, дисперсно-армированный волокнами (фиброй). Фибра имеет хорошее  сцепление с бетоном; коэффициенты линейного температурного расширения у фибры и бетона примерно одинаковы, за счет чего обеспечивается их совместная работа. Волокна имеют высокую прочность на разрыв, должны быть стойкими в щелочной среде цементного бетона (раствора). В зависимости от конструкции применяют стеклянные волокна из бесщелочного стекла, базальтовые, кварцевые, металлические (из обычной или нержавеющей стали), синтетические (пропиленовые, капроновые). Фиброармирование уменьшает раскрытие трещин от растяжения в конструкциях, усадку и ползучесть (до 30 %), повышает водонепроницаемость и морозостойкость, сопротивление истиранию и удару. Из фибробетона изготовляют плиты для полов и тротуаров, дорожные и аэродромные плиты, комплектуют для отделки каналов и туннелей, оболочки покрытий и крыш, кольца и трубы подземных коммуникаций и др.

Статьи