Технология промышленного изготовления бетона

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет  – УПИ»

Кафедра строительного  материаловедения

Бетон

Реферат

Руководитель

к.т.н., доц.                 _________________          В.Г Васильев

Студент

гр. Ст-210301            _________________          Д.В. Чащин

Екатеринбург

2013

Содержание

Введение………………………………………………………………………………….3

1. Свойство бетона…………………………………………………………………....4
2. Состав бетона………………………………………………………………………8
3. Процесс приготовления цемента………………………………………………...11
4. Укладка бетонной смеси………………………………………………………….13
5. Процесс укладки бетона с помощью вибрации………………………………....16
6. Сроки отвердевания бетона……………………………………………………....18
7. Заключение………………………………………………………………………..19
8. Список литературы……………………………………………………………….20 
   Введение

В современном строительстве широко применяются конструкции и различные  изделия, которые имеют свое предназначение, отличаются по технологии изготовления и видами сырья. Одними из часто используемых конструкций являются бетонные и железобетонные, которые применяются в различных областях строительства. Поэтому изготовление бетона и железобетона сегодня является достаточно актуальным, так как технология производства с каждым годом прогрессирует. В своей работе я расскажу о том, что представляет собой бетон, как добиться наиболее удачного раствора, чтобы соответствовал условиям и требованиям для возведения бетонных и железобетонных конструкций.

1. Свойства бетона

Наиболее востребованным свойством  бетона является его прочность или  способность сопротивляться различным нагрузкам, не разрушаясь при этом. Бетон лучше всего сопротивляется сжатию. Поэтому чтобы определить критерий прочности бетона, строители решили принять предел прочности бетона при его сжатии. Как известно прочность бетона зависит от прочности его заполнителя и от качества, растворенного в воде цемента. Бетон будет прочнее, если его заполнитель будет являться прочным, а также чем лучше они будут скреплены цементным клеем. Природные камни, со временем не становятся прочнее, а бетон совсем наоборот. Чтобы определить прочность застывшей смеси изготавливают из нее кубик с ребром 200 мм, который если разрушится при нагрузке в 80 тонн, то его предел прочности будет равен 20Мпа.

В зависимости от прочности бетон  подразделяется на марки, которую определяют по нагрузке, приложенной к бетонному кубику. В нашей стране существуют следующие марки бетона: 600, 500, 400, 300, 250, 150, 100. И выбор этой марки будет зависеть от условий, в которых будут происходить работы.

Также одним из важных свойств бетона является плотность. Она выражается через отношение массы материала к его объёму, которая никогда не достигает значения 100%. Поэтому  пористость, которая является обратным свойством бетона, дополняет его плотность до 100%. Вот почему как бы не был бетон прочным, в нем всегда будут образовываться поры.  

Плотность смеси тесно связана  с качеством бетона, которая также  влияет на его прочность. Отсюда следует, что чем больше плотность бетона, тем он прочнее.

Немаловажным свойством искусственного камня является его способность  противостоять воздействию воды, при этом не разрушаясь. Чтобы определить это свойство, готовят два образца. Один, из них в сухом виде кладут под пресс и определяют его нормальную прочность. Другой опускают в воду, а после его насыщения с водой так же кладут под пресс. Из-за воздействия воды – прочность уменьшается. После этого определяют коэффициент размягчения материала, который равен отношению насыщенного водой образца к прочности образца в сухом виде.

Еще одно свойство бетона это теплопроводность. Это способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий из-за разности температур на поверхностях бетона. Теплопроводность бетона примерно в 50 раз меньше чем у стальных изделий, но зато не ниже чем у строительного кирпича. Искусственный камень может в течение длительного времени выдерживать температуру свыше 1000°С, при этом на нем не появляется трещин и он не разрушается.

Еще одно свойство бетона это объемная масса. У бетона эта масса может  зависеть от заполнителя, который применяется при изготовлении смеси. Исходя из этого, можно выделить три группы искусственного камня: очень легкий, легкий и тяжелый. Это разделение зависит от массы наполнителя. Бетон, который изготавливают на щебне и особо легких породах, имеет обычно массу 1600-1800 кг/м³, и называют легким бетоном; а бетон на основе доломита или гранита, имеющего массу 2200 – 2400 кг/м3, называют тяжелым.

Какой бетон применять в конструкциях, обычно зависит от их типа и условий  эксплуатации здания.

По назначению искусственный камень можно поделить на: обычный бетон, бетон гидротехнический, бетон для  подземных сооружений, бетон для  дорожных покрытий и специального назначения.

Изготовление смесей на заводах  производят на специальных бетоносмесительных узлах, цехах или отделениях, в состав которых входят: склады вяжущих добавок, склады наполнителей; бункерное, надбункерное, дозаторное, смесительное отделение, отделение выдачи готовой смеси и так далее. На этих узлах происходят такие процессы как: прием исходных материалов, хранение и переработка, сортировка по узлам, разморозка, при необходимости разогревание, дозирование, смешивание, регенерация.

БСУ можно разделять по ряду признаков. По принципу работы: цикличного действия и непрерывного действия. По производительности объемов в год: малой (до 100 тыс. м³), средней (100 – 300 тыс. м³) и большой (свыше 300 тыс. м³) в год.

По компоновке оборудования: одноступенчатые  и двухступенчатые.

В первом исходные материалы поднимаются  единожды, а затем под действием  своей силы тяжести опускаются. Процесс  приготовления состоит из четырех  последовательных стадий: приемки, аккумулирования и дозировки компонентов, приготовления и выдачи бетонной смеси.

Второй тип двухступенчатые, в  котором наполнители или сыпучие  материалы поднимаются дважды сначала в расходные бункеры и вторично из них после дозирования. После дозирования подаются конвейерами и подъемниками. Этот процесс нуждается в большом количестве механизмов, больших площадей и служебного персонала.

По способу управления производственным процессом могут подразделяться на: механизированные, автоматизированные и заводы-автоматы. На механизированных установках в основном всю работу по транспортированию, погрузке осуществляются машинами, управляемыми вручную. На автоматизированных установках и в цехах все операции подачи, погрузки, разгрузки, перегрузки, дозирования, приготовление и разгрузка бетонных смесей происходит автоматизировано. Управление этими процессами производится дистанционно. На заводах-автоматах все процессы полностью автоматизированы.

Изготовление смеси происходит поэтапно. Материалы со склада принимаются  и распределяются по бункерам. Это  все происходит в верхнем надбункерном этаже. Там размещаются разгрузочные устройства, ленточные транспортеры и ковшовые элеваторы, воронки для наполнителей.

Приготовление бетонных смесей в БСУ  происходит следующим образом. Прием  материалов со склада и распределения по бункерам осуществляются в верхнем надбункерном этаже. Здесь размещаются разгрузочные устройства и приводы наклонных ленточных транспортеров и вертикальных ковшовых элеваторов, а также распределительные устройства - поворотные воронки для заполнителей, короткие шнеки для распределения цемента и других порошкообразных материалов по бункерам. В надбункерном этаже располагают матерчатые фильтры для очистки воздуха от цементной пыли. Цемент, отделенный от воздуха, поступает в расходные бункеры. Расходные бункеры разделены на отсеки по числу исходных материалов. Течки бункеров оборудуются секторными затворами, а также питателями, например, короткими шнековыми или барабанными для цемента и порошкообразных добавок. Под каждой течкой располагается дозатор, соответствующий данному материалу.

2. Состав бетона

Для начала, чтобы изготовить действительно  прочный, нужно хорошо знать, каким  требованиям и условиям должен удовлетворять  бетон. Универсального состава бетона подходящего на любой случай жизни еще не смогли изобрести. Поэтому состав искусственного камня напрямую зависит от типа сооружений и должен быть заранее запланирован. Чтобы получить бетон нужного состава, необходимо разобрать его состав и главное соблюсти самые выгодные пропорции исходных материалов, составляющие смесь. Также немаловажную роль в прочности смеси будет играть выбор исходного материала. Далее я попытаюсь разобрать свойства каждого наполнителя.

Гравий – это обломки самых  прочных горных пород круглой  формы с довольно гладкой поверхностью. По происхождению может разделяться  на речной и морской гравий. Размер зерен может составлять от 5 до 77 мм.

Щебень – этот камень добывается путем дробление больших горных пород, зерна могут составлять от 5 до 77 мм.

Для обеспечения прочности бетона крупный наполнитель не должен содержать  вредных примесей, должен быть чистым. Также крупный заполнитель не в коем случаем не должен вступать в химические реакции с другими  составляющими бетона, поэтому перед тем как использовать какой-либо наполнитель его должны как минимум промыть.

Также к крупным заполнителям относят  такие наполнители как вулканические  шлаки, пемза, туф и другие. Эти  наполнители могут поглощать  больше количество воды, тем самым способствую упрочнению бетона.

К мелким наполнителям можно отнести  пески – рыхлые горные породы, которые состоят из различного материала, а размер их зерен составляет от 0,1 до 5 мм. Пески делятся по минеральному составу и в зависимости от их места залегания. Бывают доломитовые, кварцевые, полевошпатные и известняковые. Бывают гравийными, дюнными, овражными, речными и так далее. И отличаются друг от друга по форме и строению.

Как и крупный заполнитель, песок  необходимо промывать перед использованием в производстве в специальный  машинах – пескомойках. Для получения высокопрочного бетона необходимо правильно взять зерновой состав наполнителя. Это предполагает под собой собрать смесь так, чтобы в смеси было как можно меньше пустот. Если смешать песок разной крупности, то можно быть уверенным что бетон получится намного прочнее и плотнее.

Чтобы добиться такого результата, необходимо рассеять песок по нескольким фракциям, после чего берут и составляют наиболее подходящую зерновую смесь. Бетон, изготовленный из подобной смеси будет иметь уже достаточно высокие прочностные и плотностные характеристики.

Воду также необходимо брать  чистой и не кислой для обеспечения  прочности бетона. Но даже так вода будет содержать в себе различные примеси, которые будут негативно сказываться на процессе отвердевания. Наиболее подходящей водой для изготовления смеси будет воды грунтовые, торфяные и речные. Однако даже там могут находиться примеси, негативно сказывающиеся на прочностных характеристиках бетона.

Цемент – одна из наиболее важных составляющих бетона. Смесь будет  также тем прочнее, чем больше клеящаяся способность цемента  и чем прочнее он будет прилепляться к поверхности наполнителя. Его  получают из цементного клинкера, обжигая его до природного сырья. Такая смесь может состоять в пропорциях от одной части глины и трех частей известняка. Также в цементе можно использовать глину, диатомит, трепел и многие другие силикатные породы. После обжига таких смесей образуется клинкер, который в специальных мельницах измельчают в мелкий песок. Этот песок будет в дальнейшем представлять собой серый порошок по виду напоминающий пудру. Чем меньше этот песок будет измельчен, тем больше будет склеивающаяся способность цемента.

Чтобы приготовить бетонные и железобетонные изделия могут применяться различные цементы, в основном выбор будет зависеть от сооружения. В нашей стране выпускается минимум 35 видов цемента. Самыми известными можно назвать: портландцементы, шлакопортландцементы, пуццолановые портландцементы и глиноземистые цементы.

3. Процесс приготовления цемента

Бетонную смесь наиболее часто  приготавливают из цемента, песка, щебня  и воды. При этом в индивидуальном строительстве чаще всего выбирают портландцемент 400-ой марки. При этом цемент может легко впитывать влагу из окружающей среды, поэтому его стоить хранить в сухом месте, прежде чем начать использовать. Песок, используемый в смеси, должен быть чистым и достаточно крупным, поэтому чтобы отсеять инородные включения песок необходимо просеивать перед использованием, поэтому, чем чище будет наполнитель, тем прочнее в дальнейшем будет бетонная смесь. Использование неочищенного песка плохо тем, что повлечет за собой перерасход цемента примерно на 10-20 процентов, что нельзя допускать в строительстве.

  Щебень могут применять разной  фракции, в зависимости от цели  использования этого наполнителя.  Оптимальные результаты чаще  всего дает применение щебня из естественных горных пород, речного дробленого гравия. Также возможно использование керамзита, шлаков, щебня. Но следует помнить, что использование этих наполнителей повлечет за собой меньший срок эксплуатации конструкций.

Вода  для приготовления раствора должна быть очень чистой, количество воды следует устанавливать самим, но нужно помнить, что чем больше используется воды для приготовления раствора, тем менее прочным будет будущий бетон.

Теперь, когда основные компоненты готовы, их помещают одновременно в бетономешалку и заливают водой. Важно следить за тем, чтобы смесь не переставала вращаться внутри бетономешалки, потому что в противном случае она начнет застывать. Целью перемешивания будет получения однородной зернистой массы, которая образует пластичную смесь, похожую на жидкость. Новоиспеченный раствор называют бетонной смесью, лишь через некоторое время, когда он начнет превращаться в камень его можно будет назвать бетонной смесью, а окончательную прочность он приобретет еще позже.

Одним из важнейших аспектов в приготовлении  смеси является ее однородность. Если раствор бетона будет неоднороден, бетон, в конечном счете, будет неодинаково прочным в различных участках закладки и будет легко поддаваться нагрузкам. Для того чтобы предотвратить это явление, из разных мест берут несколько проб, объём которых превышает размеры крупного зерна наполнителя. Если же все пробы имеют одинаковый везде постоянный состав, то это означает, что смесь получилась однородной. К тому же существует опасность расслоения однородной смеси, которая может случиться при транспортировке смеси к месту строительства. Чтобы это предотвратить, необходимо при движении перемешивать бетонный раствор, чтобы тяжелый наполнитель не опустил вниз из-за вибраций, создаваемых при движении бетономешалки.

4. Укладка бетонной смеси

Укладка бетона является завершающим  шагом работы с этим материалом, подразумевающее под собой помещение смеси в определенные формы для твердения. Качественно выполненной укладкой можно считать ту, после которой форма будет полностью заполнена смесью. При возведении железобетонных конструкций арматура также должна быть полностью находится в бетоне без зазоров, без свободного места между опалубкой и стрежнями. Также нельзя допускать образование своеобразных раковин, каверн, которые появляются тогда, когда в бетоне присутствует крупный заполнитель, попавший между стенками опалубки и арматуры. Из-за этого одним из важных этапов укладки является слежка за наполнителем, его размерами и основных показателей. Во время укладки строители часто сталкиваются с проблемой пластичности смеси. Если бы можно было наделить смесь всеми свойствами наполнителей, входящие в смеси, то проблем укладкой бетона не возникало бы. Самая распространенная ошибка в укладывание бетона – это изготовление слишком жидкого раствора бетона. Но большое содержание излишней влаги в бетоне может неизбежно привести к формированию водных пустот. Из-за этого в бетоне появляются поры, а конструкции становится непрочными. С другой стороны для прочности бетона воды может не хватить.

Сделаем выводы. В процессе укладки  бетона нужно связать два важных момента. Следует облегчить наполнение форм смесью и достаточно точно рассчитать количество воды для производства бетонного раствора. До сих пор ведется множество дискуссий на тему, сколько же нужно добавлять в смесь воды, чтобы раствор получился идеальным?

Рисунок 1 –  график Смирнова

График, составленный академиком Смирновым, поможет определить, сколько воды понадобится с учетом жесткости  и подвижности раствора. Под подвижность  в данной ситуации понимается, что раствор растекается под собственной тяжестью или из-за вибрации или других факторов. Жесткость же является неким сопротивлением подвижности. По показателю подвижности все на данный момент существующие типы бетонных смесей делятся на: жесткие, литые и пластичные. Строители также используют понятие удобоукладываемость бетона. Она понимается, как способность без особых проблем укладывать смесь в специальную форму, предназначенную для этих целей форму, сохраняя при этом показатели плотности. Предельная плотность также тесно связана с прочностными и долговечными свойствами бетонных изделий. Но само это определение достаточно условное и не имеет никакого отношения к физическим величинам. В реальных условиях, чтобы повысить эффективность технологий  укладки бетонной смеси проводят пробные становления степени удобоукладываемости. В разные времена предлагались разные методы проведения таких проверок. Самые перспективные до сих пор используются широко в строительстве. Это метод встряхивающегося стола и осадка конуса.

Осадка конуса состоит в том, чтобы создать из бетона опытный  образец в виде усеченного у вершины  конуса, определившись заранее с  размерами. Обычно этот конус делают из прочного металла, потом его заполняют уже готовой смесью, после этого форма без особого труда снимается и мы получаем конструкцию определенной формы, по которой строители судят о качестве полученного заливкой бетона. Если конус убрать до застывания смеси, то полученная масса расплывется, осядет, а строители в это время зафиксируют подвижность и жесткость раствора. Полученные данные дают большую практическую ценность для проектировщиков. Как показывают исследования, конус практически не оседает, а более пластичные массы дают небольшую осадку на 10 см. Этот процесс зависит от степени склеивания основных компонентов заполнителей. Даже самый маленький предмет, находящийся на поверхности может оказывать давление на смесь. Также бетон имеет степень сцепления, которая позволяет удержать форму после удаления конуса.

Второй метод заключается в  испытании в становлении такого же конуса, как и в первом опыте, но диаметр его уже изменится, а после освобождения изделия  его несколько раз встряхивают, при этом измеряют диаметр конечного конуса.

Оба показанных метода имеют свои плюсы и свои недостатки. Но они  позволяют определить нам объем  энергии, который пойдёт на деформацию и уплотнение бетона. Главным недостатком экспериментов будет то, что бетон ведет себя всегда по-разному. Поэтому ожидания и прогнозы специалистов не всегда оправдываются. 

5. Процесс укладки бетона с помощью вибраций

От того как качество положат  бетон зависит его прочность, а следовательно и долговечность конструкции. А качество укладки в свою очередь зависит от удобоукладываемости бетонной смеси. А она регулируется внутренним трением и количеством воды в растворе. Для того чтобы не получить избыток воды в бетоне нужно было придумать, как разжижать бетон в момент укладки. Из многих предложений достаточно эффективным оказался лишь один – с помощью вибраций. Они сводят внутренние трение бетонной смеси к минимуму или совсем прекращают его. Чтобы на практике понять, как вибрация борется с внутренним трением в бетонной смеси, разместим на столе куб, изготовленный из бетона. Чтобы заставить куб скользить по поверхности стола, нужно приложить к нему такое усилие, чтобы отношение этой силы к массе куба превышало коэффициент трения куба о стол. Если мы заставим стол с кубом вибрировать и сообщим им импульсы, то куб заскользит по столу. Так как сцепления куба с поверхностью стола при вибрации ослабевает, следовательно, уменьшается коэффициент трения. Таким образом, вибрация позволила кубику преодолеть свою массу. Сам опыт достаточно прост в понимание: толчки, которые заставляют кубик подпрыгивать на короткий промежуток времени, отрываясь от стола, заставляют кубик перемещаться по поверхности стола. Поэтому перемещение кубика будет состоять из последовательных скачков.

Теперь рассмотрим, что происходит с бетонной смесью при вибрации. Трение внутри смеси можно объяснить тем, что наполнители внутри соприкасаются, трутся поверхностями. И чем больше трущихся поверхностей, тем больше коэффициент трения. Вибрация же помогает уменьшить эти контакты, ослабив внутреннее трение. По-другому вибрация делает бетонную смесь жидкой. Поэтому смесь начинает легко заполнять форму, выдавливая из нее воздух.

Частота вибрации по-разному может  воздействовать на зерна заполнителя, поэтому ее следует выбирать в  зависимости от крупности наполнителя. А лучше всего использовать несколько вибраторных установок с разной частотой вибрации. В этой ситуации наполнители разных размеров будут передвигаться, уплотняться равномерно.

6. Сроки отвердевания бетона

После укладки бетона в форму, смесь  должна затвердеть и стать прочной. После того как раствор схватился, он не сразу станет прочным. Чтобы  повысить его прочность, нужно поместить его в воду. Почему же так происходит? В бетоне будут происходить химические процессы. Они преобразуют минералы в новые стабильные образования – гидросиликаты калия. Этот процесс достаточно длительный и может идти целыми годами. Естественно столько времени ждать никак нельзя, поэтому придумали сроки твердения бетона, после которого искусственный камень подвергают нагрузке. Для того бетона, который заливается в пределах строительной площадки - срок отвердевания равен 28 суток. Для разных конструкций установлены разные сроки отвердевания, например, для дамб и мостов бетон становится прочным только по прошествии 90 суток. Но после установленных сроков бетон все равно продолжает отвердевать и набирать прочность, но значительно медленнее.

Высокие температуры могут ускорить химические реакции в бетоне. Так, например, если бетон прогреть на влажной  среде при температуре 80-90ºС за время 12-16 часов, то можно получить бетон прочность 70% 28-суточного бетона.

Но при таком сильно высушивание  бетон сохнет и перестает твердеть. Поэтому чтобы уменьшить испарения  в бетоне надо обеспечить в камере прогрева высокое давление пара (порядка 0,8 – 1,2 МПа, или 8 – 12 атм.) Такой процесс  называют запаркой под давлением.

7. Заключение

Так что же такое бетон, в конечном счете? С  точки зрения науки – это искусственный каменный материал, применяемый в строительстве, который получают в результате формирования однородной тесто подобной смеси из воды, крупных и мелких наполнителей и цемента. Я же считаю, что бетон это неотъемлемая часть строительства, которая, если представить нашу землю как рыхлую и водянистую поверхность, держит наши дома и нас самих на плаву. В реферате я рассказал о том, как готовиться бетон, из чего его готовят, его полезные свойства и процесс его применения. Невозможно представить современное строительство без основного элемента проектирования зданий, сооружений и конструкций.

8. Библиографический список

Ю. М. Баженов, Л. А. Алимов Технология бетонов, строительных изделий и конструкций: Изд-во ACB, 2004 – 256 е., с илл.

Баженов Ю. М., Комар А. Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: М. Стройиздат 1984г.267с