Безопасность технологического производства бетонных смесей

     Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а также облицовка плотными керамическими плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

 

Огнестойкость

     Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 2000С снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 5000С бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 2000С, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

 

Подбор состава бетона

     Подбор состава бетона заключается в установлении наиболее рационального соотношения между составляющими бетон материалами (цементом, водой, песком, гравием или щебнем) для обеспечения его удобоукладываемости, прочности и др. требуемых показателей. Состав бетонной смеси выражают в виде массового (реже объемного) соотношения между количеством цемента, песка, гравия или щебня с обязательным указанием водоцементного отношения. При этом количество цемента принимают за единицу. В общем виде состав бетонной смеси выражают соотношением 1:Х:У (цемент : песок : гравий) при В/Ц=Z, например 1: 2,5: 4,8 при В/Ц=0,5.

     Состав бетона может быть выражен и в виде расхода материалов по массе на 1 мЗ уплотненной смеси, например, цемента 260, песка 660, гравия 1310 кг/мЗ, воды 165 л/мЗ.

     Существует несколько методов подбора состава бетона. Наиболее простой и удобный способ - когда состав бетона подбирается в два этапа. Вначале рассчитывается ориентировочный состав бетона, который затем проверяется и уточняется (с изменением соотношения некоторых его компонентов) по результатам пробных замесов и испытаний контрольных образцов.

 

1.2. Разновидности бетонов

Специальные виды тяжелых бетонов

     Гидротехнический бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением, стойкостью против воздействия агрессивных вод. Для придания бетону таких свойств применяют сульфатостойкий и пуццолановый портландцемент, высококачественные заполнители с хорошо подобранным зерновым составом, обеспечивают тщательное приготовление и укладку бетонной смеси, а также правильный уход за твердеющим бетоном.

     Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание), поэтому к дорожному бетону предъявляют повышенные требования по прочности, плотности износо- и морозостойкости.

     Дорожный бетон должен иметь достаточно высокую прочность на изгиб в пределах 4 - 5,5 МПа при марках МЗОО - М500, морозостойкость его обычно характеризуется марками МРЗ 150 и МРЗ 200.

 

Декоративный бетон

     Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих - белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород.

     Декоративный бетон наряду с требованиями к его цвету и внешнему виду должен удовлетворять повышенным требованиям в отношении прочности, плотности и долговечности, так как он является наружным слоем железобетонных изделий и в первую очередь подвергается атмосферным воздействиям, а в ряде случаев и истиранию. Марка декоративного бетона обычно М150, а морозостойкость - МРЗ 50.

     Жаростойкий бетон способен сохранять свои физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур. В зависимости от степени огнеупорности жаростойкие бетоны разделяют на: высокоогнеупорные t > 17700С, огнеупорные -1580 - 177О0С и жароупорные - ниже 15800С.

     Для приготовления жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют глиноземистый цемент, портландцемент, шлакопортландцемент и жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия. Заполнителями и тонкомолотыми компонентами служат металлургические шлаки, бой керамических и огнеупорных материалов, базальт, диабаз, андезит, артикский туф и др.

     Жаростойкие бетоны в зависимости от вида исходных материалов имеют марки М100-М250.

     Применяют их для футеровки промышленных печей, подов вагонеток туннельных печей, фундаментов доменных и мартеновских печей, дымовых труб и др.

     Особо тяжелые бетоны применяют для защиты обслуживающего персонала атомных электростанций от радиоактивных излучений.

     Установлено, что наиболее опасные для человеческого организма гамма-лучи и нейтронное излучение эффективно поглощает бетон, который имеет высокую плотность и содержит в своем составе компоненты с большим количеством химически связанной воды.

     Особо тяжелые защитные бетоны приготовляют на заполнителях: магнетите, лимоните, барите, металлическом скрапе, чугунной дроби и т. п. Плотность таких бетонов зависит от вида заполнителя и достигает у бетона с магнетитовым заполнителем 4000, а с чугунной дробью 5000 кг/мЗ.

     Бетонополимеры представляют собой бетоны, поры которых заполнены полимерами в результате специальной обработки. Бетон пропитывают петролатумом, разбавленными смолами, битумом, серой, жидкими мономерами (метилметакрилатом или стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и различными композициями на их основе. При этом значительно повышаются механические, физические и химические свойства бетона. Например, прочность бетона при сжатии повышается до 200 МПа, а водонепроницаемоеть, морозостойкость и долговечность увеличиваются в несколько раз.

     Пропитка полимерами повышает стоимость бетона, поэтому ее осуществляют, когда она экономически оправдана (бетонополимерные изделия, работающие в суровых климатических или агрессивных условиях).

 

Легкие бетоны на пористых заполнителях

     Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/мЗ) используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций.

     Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий, сократить транспортные расходы.

 

Разновидности легких бетонов.

     В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнителя легкие бетоны разделяют на: керамзитобетон, аглапоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д

 

 

По структуре имеются следующие основные виды:

1. Обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя;

2. Крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

3. Поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя.

 

     С помощью порообразователя в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

 

В зависимости от назначения легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

1. МРЗ 15 и выше, применяемые в несущих конструкциях.

2. Теплоизоляционные (средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/мЗ, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м-0С)), применяемые для изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

3. Конструкционно-теплоизоляционные (со средней плотностью 500 -1400 кг/мЗ, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м.0С)), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

4. Конструкционные (средней плотностью 1400 -1800 кг/мЗ, прочностью не ниже М50, морозостойкостью.

 

     По виду вяжущего легкие бетоны разделяют на: цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

 

Заполнители для легких бетонов.

     Природные пористые заполнители: дробленые пемза, вулканический туф или лава, известняк-ракушечник и др. Наиболее эффективны пемза и вулканические туфы, имеющие высокую замкнутую пористость, имеющие небольшое водопоглощение. Применение их эффективно когда они являются местными материалами.

     Искусственными заполнителями служат отходы промышленности (шлаки металлургические и топливные, шлаки химических производств, а также зола) и специальной переработки природных каменных материалов (вспученные при обжиге глин керамзит и аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковая пемза, гранулированные шлаки, зольный гравий и пр.).

 

Свойства легких бетонов.

     Основными свойствами легких бетонов на пористых заполнителях являются плотность, теплопроводность, прочность и морозостойкость. Для того чтобы получить легкий бетон с заданными свойствами, необходимо не только выбрать исходные составляющие материалы, но и правильно подобрать состав бетона.

     Средняя плотность бетона зависит главным образом от насыпной плотности и зернового состава заполнителя, расхода вяжущего и воды.

     Плотность легкого бетона с увеличением расхода вяжущего возрастает. Поэтому для снижения плотности бетона необходимо за счет подбора оптимального зернового состава заполнителей добиваться наименьшего расхода вяжущего или образования в цементном камне мелких замкнутых пор. Так называемые поризованные легкие бетоны целесообразно приготовлять при наличии утяжеленных пористых заполнителей насыпной плотностью более 600 кг/мЗ.

     Теплопроводность легких бетонов колеблется в широких пределах - от 0,07 до 0,7 Вт/(м.0С). С увеличением плотности теплопроводность бетона повышается. Теплоизоляционные легкие бетоны теплопроводностью менее 0,2 Вт/(м.0С) получают при применении очень легких заполнителей, например, вспученного перлита.

 

Прочность.

     Чем больше в объеме бетона прочного цементного камня, тем выше прочность бетона. Однако при увеличении содержания цемента плотность бетона возрастает, а вместе с тем повышается его теплопроводность, что нежелательно.

     Морозостойкость легкого бетона зависит от вида и количества израсходованного вяжущего, а также от морозостойкости заполнителя. Бетоны на портландцементе обладают более высокой морозостойкостью, которая возрастает с увеличением количества цемента. Морозостойкие легкие заполнители (пемза, керамзит, аглопорит) позволяют получать бетон морозостойкостью МРЗ 25 -100.

 

1.3. Составляющие  материалы бетонных смесей.

Цемент

     Романцемент - вяжущее вещество, получаемое обжигом мергелей, содержащих не менее 25% глинистых примесей. Кроме того, в его состав вводится до 5% гипса и до 15% минеральных добавок. Мергели должны иметь такой химический состав, чтобы гидравлический модуль был в пределах 1,1-1,7.

     Изготовление романцемента состоит из дробления мергеля, его обжига и помола. Обжиг ведут в шахтных и вращающихся печах при температуре 800-1100 °С, помол — в шаровых мельницах. При обжиге происходит образование минералов 2CaO x SiO2(C2S), 2Ca0 x Al2O3 x SiO2(C2AS), СаO х Аl2O3 х (СА), 5CaO x 3Al2O3(C5A3), 2CaO x Fe2O3 (C2F) и 4CaO x Al2O3 x Fe2O3 (C4AF), способных к гидравлическому твердению. В результате гидратации образуются гидросиликаты кальция CaO x SiO x H2O(B)[CS(B)], трехкальциевый гидроалюминат ЗСаО х Al2O3 х 6H2O(C3AB6) и двух - и трехкальциевый гидроферрит C2FDn x C3FBn, обладающие гидравлическими свойствами.

       Романцемент имеет истинную плотность 2,6-3 г/см3, насыпную плотность в рыхлом состоянии 800-1000 кг/м3, в уплотненном — 1000-1300 кг/м3. Начало схватывания — не ранее 20 мин, конец схватывания — 24 ч.

По прочности выпускается марок 25, 50, 100, 150. Его применяют для кладочных и штукатурных растворов, бетонов низких марок, стеновых камней. Не рекомендуется применять для железобетонных конструкций;

Портландцемент — преобладание алита, наиболее широко распространён в строительстве;

    

     Глинозёмистый цемент - быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество; продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом (до плавления или спекания) сырьевой смеси, состоящей из бокситов и известняков. Обжиг и плавление сырьевой смеси производят в доменных, электрических, вращающихся печах или в вагранках. По содержанию Al2O3 в готовом продукте различают обычный Г. ц. (до 55 %) и высокоглинозёмистый цемент (до 70 %). температура плавления сырьевой шихты обычного Г. ц. 1450—1480 °C, высокоглинозёмистого цемента — 1700—1750 °C.;

  

     Магнезиальный цемент (Цемент Сореля) — представляет собой магнезиальное вяжущее вещество, которое относится к неорганическим видам, имеет в своей основе оксид магния, затворяемый хлоридами или сульфатами магния. Основными составляющими веществами магнезиального цемента являются оксид магния, хлорид магния и сульфат магния. Магнезиальный цемент может быть произведён в промышленных цехах со специальным оборудованием из магнезита MgCO3 и доломита путем термической обработки при определенном температурном режиме с последующим процессом тонкого помола. В зависимости от того, какой вид сырья был использован в производстве цемента, он называется каустическим магнезитом или каустическим доломитом.

 

     Смешанные цементы — цементы, получаемые путём смешения вышеприведенных цементов с воздушными вяжущими, минеральными добавками и шлаками, обладающими вяжущими свойствами.

Кислотоупорный цемент — на основе гидросиликата натрия (Na2O·mSiO2·nH2O), сухая смесь кварцевого песка и кремнефтористого натрия, затворяется водным раствором жидкого стекла.

 

Песок

Песок - это сыпучий материал, получающийся в результате разрушения горных пород. Таковыми, как правило, являются полевой шпат, частицы кварца, кремнезема, слюды и некоторых других. Процесс дробления происходил в течение множества лет под воздействием природных факторов, в результате образовался уникальный материал, для которого невозможно подобрать заменителей. Он лег в основу подавляющего количества материалов для строительства, изготавливаемых с применением вяжущих ингредиентов вроде цемента или гипса.

     Условия для его образования могут быть различными, они и определяют классификацию этого материала. Главным образом строительный песок подразделяется на следующие виды:  карьерный, речной, и морской.