Особые вилы бетона

8. Особые виды бетона

Гидротехнический  бетон 

Гидротехнический  бетон предназначается для конструкций, находящихся в воде или периодически соприкасающихся с водой, поэтому  он должен обладать свойствами, необходимыми для длительной нормальной службы этих конструкций в данных климатических и эксплуатационных условиях.  

Гидротехнический  бетон должен иметь минимальную  стоимость и удовлетворять требованиям  по прочности, долговечности, водостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости, тепловыделению при твердении, усадке и трещиностойкости. Противоречивые на первый взгляд требования высокого качества и низкой стоимости можно выполнить, если выделить наружную зону массивного сооружения, подвергающуюся непосредственному влиянию среды, и внутреннюю зону.  

Бетон наружной зоны в зависимости от расположения в сооружении по отношению к уровню воды делят на бетон подводный (находящийся постоянно в воде), переменного уровня воды и надводный, находящийся выше уровня воды.  

В самых суровых  условиях бетон, расположенный в области переменного уровня воды, многократно замерзает и оттаивает, находясь все время во влажном состоянии. Это же относится к бетону водосливной грани плотин, морских сооружений (причалов, пирсов, молов и т.д.), градирен, служащих для охлаждения оборотной воды на тепловых электростанциях, предприятиях металлургической и химической промышленности. Этот бетон должен обладать высокой плотностью и морозостойкостью.

Бетон внутренней зоны 

Бетон внутренней зоны массивных конструкций защищен  наружным бетоном от непосредственного воздействия среды. Главное требование к этому бетону - минимальная величина тепловыделения при твердении, так как неравномерный разогрев массива может вызвать образование температурных трещин. Малое тепловыделение имеет шлакопортландцемент, поэтому его и применяют для внутримассивного бетона наряду с пуццолановым портландцементом. Требования к физико-механическим свойствам бетона внутренней зоны не столь высоки: марки по прочности М100, М150, по водонепроницаемости W2, W4.  

Марку бетона по водонепроницаемости назначают в зависимости от напорного градиента, равного отношению максимального напора к толщине конструкции или к толщине бетона наружной зоны конструкции (при наличии зональной разрезки):  

Напорный градиент до 55-1010-1212 и более  

Марка бетона по водонепроницаемостиW4W6W8W12  

Для конструкций  с напорным градиентом более 12 на основании  опытов могут назначаться марки  по водонепроницаемости выше W12.  

Стойкость бетона к воздействиям среды определяется комплексом его свойств: морозостойкостью, малым водопоглощением, небольшими деформациями усадки.  

Марку бетона по морозостойкости назначают в  зависимости от климатических условий  и числа расчетных циклов попеременного  замораживания и оттаивания в  течение года. Установлены следующие  марки гидротехнического бетона по морозостойкости: F100, F150, F200, F300, F400, F500.  

Водопоглощение  гидротехнического бетона характеризуется  величиной капиллярной всасываемости  при погружении в воду образцов 28-суточного  возраста, высушенных до постоянной массы при температуре 105°С.  

Водопоглощение  бетона зоны переменного уровня воды не должно превышать 5% от массы высушенных образцов), для бетонов других зон - не более 7%.  

Линейная усадка бетона при относительной влажности  воздуха 60% и температуре 18°С в возрасте 28 сут не превышает 0,3 мм/м, в возрасте 180 суток - 0,7 мм/м. Предельно допустимые величины набухания установлены: в возрасте 28 сут - 0,1 мм/м, 180 сут -0,3 мм/м (по сравнению с высушенными до постоянной массы при 60°С эталонными образцами).

Жаростойкий бетон 

Жаростойкий бетон  предназначается для промышленных агрегатов (облицовки котлов, футеровки  печей и т.п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (например, для  дымовых труб). При действии высокой  температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроксида кальция с образованием СаО. Оксид кальция при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетона. Поэтому в жаростойкий бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, содержащие активный кремнезем.  

Жаростойкий бетон  изготовляют на портландцементе  с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного шлака, шамота).  

Шлакопортландцемент уже содержит добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700°С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого бетона, подвергающегося кислой коррозии (например, действию сернистого ангидрида в дымовых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000°С.  

Еще большей  огнеупорностью (не ниже 1580°С) обладает высокоглиноземистый цемент с содержанием  глинозема 65-80%; в сочетании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700°С.  

Столь же высокой  огнеупорности позволяют достигнуть фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота алюмофосфаты и магнийфосфаты.  

Жаростойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.  

Заполнитель для  жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением.  

Бескварцевые  изверженные горные породы как плотные (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так  и пористые (пемза, вулканические  туфы, пеплы) можно использовать для  жаростойкого бетона, применяемого при  температурах до 700°С.  

Для бетона, работающего  при температурах 700-900°С, целесообразно  применять бой обычного глиняного  кирпича и доменные отвальные  шлаки с модулем основности не более 1, не подверженные распаду.  

При более высоких  температурах заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамотных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.

Кислотоупорный  бетон 

Вяжущим для  кислотоупорного бетона является жидкое стекло с полимерной добавкой. Для  повышения плотности бетона вводят наполнители: кислотостойкие минеральные порошки, получаемые измельчением чистого кварцевого песка, андезита, базальта, диабаза и т.п. В качестве отвердителя используют кремнефтористый натрий, в качестве заполнителя - кварцевый песок, щебень из гранита, кварцита, андезита и других стойких пород. После укладки с вибрированием бетон выдерживает не менее 10 сут на воздухе (без поливки) при 15-20°С. После отвердения рекомендуется поверхность бетона «окислить», т.е. смочить раствором серной или соляной кислот. Кислотоупорный бетон хорошо выдерживает действие концентрированных кислот; вода разрушает его за 5-10 лет, щелочные растворы разрушают быстрее. Кислотоупорный бетон применяют в качестве защитных слоев (футеровок) по железобетону и металлу.

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия 

Материалы, применяемые  для сооружения бетонной защиты, должны обеспечить возможно большую плотность  бетона и определенное содержание водорода - обычно в виде воды, связанной с  вяжущим.  

Вяжущим служит портландцемент или шлакопортландцемент, который выделяет при гидратации немного тепла и поэтому хорошо зарекомендовал себя в массивных защитных конструкциях.  

В качестве заполнителей используют тяжелые природные или  искусственные материалы. Для особо  тяжелого бетона применяют в качестве заполнителя близкие по своим свойствам железные руды - магнетит и гематит с содержанием железа не менее 60%. Бурый железняк (лимонит) позволяет значительно повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне.  

Баритовые руды (или барит), содержащие около 80% сульфата бария, применяют как мелкий и крупный заполнитель. Металлический крупный заполнитель получают из отходов металлообрабатывающихзаводов, мелким заполнителем служит кварцевый или лимонитовый песок, а также чугунная дробь. Свинцовая дробь дорогая и ее применяют при малой толщине защиты, для заделки отверстий в конструкциях, когда требуется бетон с повышенными защитными свойствами. Плотность бетона на металлическом заполнителе достигает 6000 кг/м3.  

Бетон должен иметь  заданную марку по прочности и относительно низкий модуль упругости, что позволяет снизить величину растягивающих напряжений во внешней зоне защиты, вызываемых односторонним нагревом. Кроме того, бетон, расположенный у активного корпуса реактора, должен обладать достаточной стойкостью к воздействию излучений, быть огнестойким и жаростойким даже при температурах, возможных при аварийном режиме реактоpa. Для массивных конструкций желательно меньшая теплота гидратации цемента и минимальная усадка бетона (для предотвращения температурных и усадочных трещин), а также небольшая величина коэффициента температурного расширения.

Серный  бетон 

Серный бетон  представляет собой смесь сухих заполнителей -щебень, песок, минеральная мука, нагретых до 140-150°С, и расплавленного серного вяжущего при температуре перемешивания 145-155°С. Использование серы в строительстве известно с середины прошлого века: в виде растворов и мастик для заливки швов каменных кладок, для заделки металлических стоек перил лестничных маршей и заделки металлических связей каменных конструкций взамен расплавленного свинца.  

Процесс получения  серного бетона основан на свойстве серы изменять свою вязкость при различной температуре - при 1,19-122°С сера полностью переходит из кристаллического состояния в расплав. В качестве заполнителей используют кислотоупорный цемент, андезитовую или кварцевую муку, кварцевый песок и другие кислотостойкие минеральные наполнители. Во многих странах серный бетон применяют для изготовления свай, фундаментов, емкостей, покрытий дорог и химстойких полов. 
 
 
 
 

Особые  виды бетона 
 

Силикатный  бетон 

Силикатный бетон  представляет собой бесцветный бетон  автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым кремнеземистым материалом. В процессе автоклавной обработки известь вступает с кремнеземистым компонентом в химическую реакцию, в результате которой образуются гидросиликаты кальция, скрепляющие зерна заполнителя в прочный монолит. В зависимости от вида кремнеземистого компонента различают следующие виды вяжущего вещества: известково-кремнеземистые (тонкомолотая известь и песок); известково-шлаковые (совместный помол металлургического или топливного шлака и извести); известково-зольные (тонкомолотая известь и топливные золы); известково-белитовые (тонкомолотые продукты низкотемпературного обжига - белитового шлама и песка), и известково-аглопоритрвые (известь и отходы производства искусственных пористых заполнителей). Соотношения извести и кремнеземистого компонента составляет от 30:70 до 50:50%. В качестве мелкого заполнителя применяют природные и дробленые пески, удовлетворяющие стандартным требованиям.  

Для регулирования  свойств вяжущего, бетонной смеси  и бетона применяют специальные добавки: гипсовый камень для замедления гидратации извести: триэтаноламин для повышения помолоспособности компонентов вяжущего и пластификации бетонной смеси; кремнийорганические жидкости ГКЖ-10 и ГКЖ-11 для гидрофобизации и повышения долговечности бетона, суперпластификаторы.,  

Прочность силикатного  бетона меняется в широких пределах: 5-10 МПа в легких силикатных бетонах, 20-50 МПа в тяжелых бетонах и 80-100 МПА в высокопрочных бетонах. Из силикатного бетона производят плиты  перекрытий, колонны, ригели, балки, ограждающие панели и стеновые блоки.

Цементно-полимерный бетон 

Цементно-полимерные бетоны - это цементные бетоны с  добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водной дисперсии полимеров - продуктов эмульсионной полимеризации различных полимеров: винилацетата, винилхлорида, стирола, латексов или водорастворимых коллоидов: поливинилового и фурилового спиртов, эпоксидных водорастворимых смол, полиамидных и мочевиноформальдегидных смол. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Полимеры и материалы на их основе применяют в виде добавок в бетонную смесь, в качестве вяжущего, для пропитки готовых бетонных и железобетонных изделий, для дисперсного армирования полимерными волокнами, в виде легких заполнителей и в качестве микронаполнителя.  

Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих: минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы  заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, высокую износостойкость, непроницаемость. Наиболее распространенньми добавками полимеров в цементные бетоны являются ПВА, латексы и водорастворимые смолы.

Полимербетоны 

Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями - неорганические материалы (песок и щебень). Для экономии смолы и улучшения свойств полимербетонов в них иногда вводят тонкомолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств применяют отвердители, пластификаторы. Наиболее часто для полимербетонов используют термореактивные смолы: фурановые (ФА), эпоксидные (ЭД-5,ЭД-6) и полиэфирные (ПН-1 и ПН-3; МГ Ф-9 и ТМГ Ф-11). Фурановые смолы обычно получают конденсацией фурфурола и фурфурилового спирта с фенолами и кетонами. В строительстве наибольшее распостранение получил мономер ФА, получаемый при взаимодействии фурфурола и ацетона в щелочной среде. При нормальной температуре это жидкость желтовато-коричневого цвета плотностью 1,082г/куб.см с температурой кипения 160...240 градусов, нерастворимая в воде, но растворимая в эфирах и ацетоне. Мономер ФА отверждают бензосульфокислотами (20...30% массы ФА). Эпоксидные смолы -э то полимерные вещества линейного строения, содержащие эпоксигруппу. Для полимербетонов наиболее пригодны жидкие эпоксидные смолы ЭД-5, ЭД-6. Эпоксидные смолы отверждаются с помощью катализатора ионного типа (10...20% массы смолы). Полиэфирные смолы получают путем поликонденсации двух основных кислот(малеиновой и фталевой) и многоатомных спиртов. В качестве вяжущих для полимербетонов обычно используют ненасыщенные полиэфирные смолы: полиэфирмалеинаты ПН-1 и ПН-3, полиэфирокрмлаты МГФ-9 и ТМГФ-11, которые отверждаются при обычной температуре с помощью специальных катализаторов (перекиси бензоила, циклогексанона, метилэтилкатона). Усредненные характеристики полимербетонов: прочность на сжатие - 20...100МПа; усадка линейная - 0,2...1,5%; мера ползучести - 0,3.,.0,5 кв.см/кг; пористость - 1...2%; стойкость к нагреву - 100...180 градусов по Цельсию: стойкость - к старению 4...6 баллов, к воде - 6...8 баллов, к щелочам - 2...10 баллов, к кислотам - б... 10 баллов. 
 
 
 
 
 
 

Бетон для защиты от радиоактивного воздействия 

Материалы, применяемые  для сооружения бетонной защиты, должны обеспечить возможно большую плотность бетона и определенное содержание водорода - обычно в виде воды, связанной с вяжущим. 

Вяжущим служит шлакопортландцемент или портландцемент, который выделяет при гидратации немного тепла и поэтому хорошо зарекомендовал себя в массивных  защитных конструкциях. 

В качестве заполнителей используют тяжелые искусственные  или природные материалы. Для  особо тяжелого бетона применяют  в качестве заполнителя близкие  по своим свойствам железные руды - магнетит и гематит с содержанием  железа не менее 60%. Бурый железняк (лимонит) позволяет значительно повысить содержание связанной воды в гидратном бетоне. 

Баритовые руды (или барит), содержащие около 80% сульфата бария, применяют как крупный  и мелкий заполнитель. Металлический  крупный заполнитель получают из отходов металлообрабатывающих заводов, мелким заполнителем служит лимонитовый или кварцевый песок, а также чугунная дробь. Свинцовая дробь дорогая и ее применяют при малой толщине защиты, для заделки отверстий в конструкциях, когда требуется бетон с повышенными защитными свойствами. Плотность бетона на металлическом заполнителе достигает 6000 кг/м3. 

Бетон должен иметь  заданную марку по прочности и  относительно низкий модуль упругости, что позволяет снизить величину растягивающих напряжений во внешней  зоне защиты, вызываемых односторонним нагревом. Кроме того, бетон, расположенный у активного корпуса реактора, должен обладать достаточной стойкостью к воздействию излучений, быть огнестойким и жаростойким даже при температурах, возможных при аварийном режиме реактоpa. Для массивных конструкций желательно меньшая теплота гидратации цемента и минимальная усадка бетона (для предотвращения температурных и усадочных трещин), а также небольшая величина коэффициента температурного расширения.