КОНСТРУКЦИОННОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ БЕТОНОВ И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

«Конструкционное материаловедение» - это объединение работы различных материалов для создания конструкций. Основным творческим процессом этого раздела материаловедения является инженерное конструирование элементов или полностью конструкций на основе комплексной работы нескольких материалов и технологических условий их изготовления. Однако в этот процесс могут быть ещё включены всевозможные варианты макроматериалообразующих процессов по принципу дендритообразущей структуры, предусматривающей сначала образование основы - каркаса, а затем уже окончательного создания матрицы с инженерными эксплутационными свойствами. Некоторые примеры таких случаев рассматриваются в настоящем разделе пособия.

Технология бетонов каркасной структуры

Перспективным направлением интенсификации производства железобетонных изделий является технология получения бегонов каркасной структуры. Эффективно её можно использовать для производства призматических свай, плоских элементов мостовых опор, колонн и стеновых панелей промышленных зданий и сооружений, элементов сборных дорожных покрытий.

В нашей стране разработаны две разновидности технологии бетонов каркасной структуры. Сущность одной заключается в раздельном формовании микро- и макроструктуры бетона и последующем объединении их в единой структуре конструкционного изделия. Зерна крупного заполнителя сначала «склеиваются» по форме изделия в каркас (крупнопористый бетон), а затем пустоты каркаса заполняются мелкозернистым раствором (матрицей). Крупным заполнителем служат плотные горные породы и искусственные пористые материалы. В качестве вяжущего мелкозернистого раствора и для склеивания крупного заполнителя используются цементные, полимерце- мептные и полимерные связующие. Для улучшения подвиж пости матрицы рекомендуются пластифицирующие и супер- пласгифицирующие добавки.

Определяющий фактором каркасных бетонов становится гидравлическая проницаемость каркаса, позволяющая заполнить норовое пространство мелкозернистым материалом - матрицей. Проницаемость каркаса определяется соотношением размеров заполнителей каркаса и наполнителей матрицы, а также ее подвижностью. Подвижность матрицы выбирается в зависимости от способа заполнения пустот каркаса. Заполнение пустот производится путем заливки раствора в каркас или погружением каркаса в матрицу. Матрица должна полностью заполнить пустоты каркаса, так как только в этом случае достигаются высокие физико-механические свойства бетона. При пропитке изделий эффективно вибрирование. Более предпочтительно получение изделий методом погружения каркаса в матрицу. В этом случае сокращается длительность вибрирования изделий. Подвижность цементно-песчаной растворной смеси при получении бетонов способом заливки каркаса должна быть не ниже 9 см, а способом погружения каркаса в матрицу — не менее 7 см.

Отличительная особенность каркасной технологии — возможность использования связующих различной природы для изготовления каркаса и получения матрицы. Одно из основных требований к мелкозернистым растворам для пропитки - обеспечение оптимальной подвижности. Подвижность растворов регулируется введением различных добавок - пластификаторов, вносимых малыми дозами (С-3, ГЖК-94, СДБ), и полимерными добавками в относительно высоких концентрациях (15-20 % по массе цемента). Степень влияния структурообразующих факторов полимерцементного связующего неодинакова. Определяющими являются расход цемента, количество и вид полимерной добавки, степень наполнения, дисперсность и активность наполнителя. С увеличением содержания полимера и пропорционально ему - наполнителя прослеживается увеличение до определенного уровня физико-механических свойств мелкозернистых растворов. При этом наблюдается определенная зависимость между количественными содержаниями наполнителя и полимера. Оптимальное значение отношения цемент: песок равно 1 : 3, а отношение полимер: наполнитель близко к 1 : 2 (для латекса СКС - 65ГТГБ") и 1 : 1 (для ПВАЭ). Па механические характеристики каркаса оказывает влияние вид вяжущего и заполнителя, что видно на примере гранитного щебня и керамзита, склеенных цементным, битумным, серным и полимерным вяжущим. У каркасов на эпоксидном вяжущем наблюдаются повышенные показатели физико-технических свойств по сравнению с другими вяжущими. Характеристики прочности при растяжении и ударная вязкость у каркасов на пористых заполнителях выше, чем на гранитном щебне из-за большего механического зацепления за счет проникновения клея в поры керамзита.

Физико-технические свойства каркасного бетона зависят от многих структурообразующих факторов: количественного соотношения матрицы и заполнителей в объеме изделия, раздвижки зерен заполнителя, прочности связующего при растяжении, соотношения модулей упругости матрицы и клея каркаса с заполнителем. Наибольшая прочность бетона достигается на заполнителях фракции 5-20 мм. При каркасах из зерен крупностью менее 5 мм наблюдается снижение прочности вследствие появления в структуре бетона дефектов, образованных недостаточной пропиткой каркаса. Прочность каркасного бетона повышается с увеличением прочности и модуля упругости матрицы и снижается с увеличением раздвижки заполнителей в бетоне более 0,2 мм. Для снижения стоимости бетонов изучена возможность получения материалов, в которых для изготовления каркаса использованы низкомарочные цементы, для матрицы же применялся цемент марки 400. Установлено, что соотношение марок вяжущего для каркаса и матрицы может быть принято 1 : 2 без ущерба для прочности материала. В табл. 7.1 приведены результаты физико-механических испытаний каркасных бетонов в сравнении с бетонами, полученными по обычной технологии.

В каркасном бетоне зерна заполнителя фракции 5-20 мм склеивались в каркас портландцементом марки 400, а пустоты заполнялись цементно-песчаной матрицей с подвижностью 11 см. Раствор имел следующий состав (ч. по массе): портландцемент марки М 400-100, кварцевый песок с модулем крупности Мк 1,4- 92, В/Ц = 0,45.

Данные табл. 7.1 показывают, что у каркасных бетонов ударная прочность выше в 1,25 раза, сцепление с арматурой выше в 1,2, теплопроводность ниже в 1,2 раза.

В каркасных бетонах регулированием упругих свойств клея каркаса и раствора обеспечива-ется постепенный переход от матрицы к заполнителю в контактной зоне, что благоприятно сказывается на перераспределении структурных напряжений при воздействии циклически действующих температур. Благодаря каркасной структуре бетонов существенно улучшается их стойкость, например, для цементных бетонов кислото- стойкость повышается вследствие получения изделий на основе кислотостойких каркасов. В этом случае при деструкции матрицы конструкционную (несущую) нагрузку воспринимает химически стойкий каркас.

Физико-механические свойства бетонов

Показатель

На керамзите

На гранитном щебне

каркасной

структуры

обычной

структуры

каркасной

структуры

обычной

структуры

Средняя плотность, кг/м'*

1489

1650

2410

2390

Предел прочности, Мпа На сжатие

17,7

17,5

21

20,5

При изгибе

3,4

3,2

4,8

4,3

На растяжение при скалывании

1,07

1,02

1,88

1,11

Удельная ударная вязкость кг' см/см2

1,25

1,14

1,38

1,56

Сцепление с арматурой, Мпа:

Г ладкой

2,39 '

1,86

4,51

4,06

Периодического профиля

5,91

5,53

8,2

7,44

Т еплопроводность, Вт/(м-°С)

0,24

0,31

Каркасная технология особенно эффективна при изготовлении изделий из легких бетонов. В этом случае отпадает необходимость пригруза бетонных смесей при формовании изделий. Изделия максимально насыщены пористым заполнителем, что благоприятно сказывается на расходе арматуры в железобетонных изделиях. Очень эффективны изделия из комплексных вяжущих. Разработаны новые плиты пола и стеновые панели животноводческих зданий, которые выполняются трехслойными по сечению, где крайние слои с заполнением пустот каркаса матрицей, а средний слой из каркаса. Лицевой слой плит пола и стеновых панелей, непосредственно контактирующий с агрессивной средой, выполняется из химически стойкого полимербетона, а второй, плотный слой и каркас - на основе водостойких дешевых цементных или полимер цементных вяжущих. Крупнопористый каркас между плотными слоями повышает теплотехнические свойства изделия.

Из каркасных бетонов изготовляют полимербетонные и трехслойные с утепляющим слоем полы. Эксплуатация каркасных бетонов подтвердила их высокую эффективность, долговечность и надежность. Применение трехслойной плиты пола при устройстве полов в животноводческих зданиях позволило увеличить их долговечность и снизить теплопроводность полов по сравнению с керамзитобетонными в 2-4 раза.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >