Состав, характеристики и использование мелкозернистого бетона в строительстве

Преимущества

Применение мелкозернистого бетона обусловлено его уникальными свойствами. Данный материал обладает множеством плюсов по сравнению с традиционными растворами:

  • повышенное сопротивление изгибающему моменту при соответствующей нагрузке;
  • возможность получать с помощью дополнительных присадок уникальные свойства (например, кислотостойкость или водонепроницаемость);
  • повышенное сопротивление к воздействию вибрации;
  • однородность смеси;
  • возможность применения различных вариантов для заливки сложных элементов и конструкций;
  • высокая пластичность раствора и отличная проникающая способность.

Поиск веса

Из области применения и сильных сторон данного материала следует то, что он должен состоять из ингредиентов, обладающих высокими прочностными характеристиками. Давайте тогда рассмотрим более подробно компоненты, формирующие вес куба бетона М300.

Состав

На пропорции составляющих оказывает сильное влияние марка используемого цемента, которая не должна быть ниже четырёхсотой.

Таким образом, инструкция предлагает следующие варианты:

  • М400: цемент/песок/щебень/вода – 1/1,9/3,7/0,5;
  • М500: цемент/песок/щебень/вода – 1/2,2/3,7/0,5.

Совет: в случае использования мокрого песка рекомендуется уменьшить количество добавляемой воды. Иначе раствор может получиться слишком жидким.

Теперь разберём таблицу с численными значениями:

Примерная масса

Даже с учётом выше приведённых данных трудно точно определить, сколько весит 1 куб бетона М300.

Необходимо помнить о множестве факторов, оказывающих значительное влияние на соотношение веса к объёму:

  • Мелкий заполнитель предназначен ликвидировать поры, образующиеся между фракциями крупного заполнителя, но стопроцентный успех при этом невозможен.

Керамзитобетон обладает гораздо более низким весом, чем классический материал

  • Испарение воды. Так для застывшего и полностью сформировавшегося бетона её вес можно практически не учитывать. Но, даже имея дело с раствором, следует помнить о постоянном уменьшении в нём количества влаги, что также влияет на общую массу.

Приблизительно же можно уже сделать теоретические предположения о весе в 2200-2400 кг. Добавим немного практики. Некоторые компании проводили экспериментальные взвешивания не только рассматриваемой нами трёхсотой марки, но и других популярных бетонов, и вот какие данные они получили:

Вес 1 м3 бетона М300 равный 2389 кг укладывается и в наши примерные расчёты, исходящие из используемых в замешивании раствора ингредиентов.

Дополнительное влияние

Если вы закладываете ленточный фундамент под железобетонную стену и хотите максимально точно учитывать её вес, то следует включить в расчёты всю используемую арматуру для укрепления прочности конструкции. Хоть вода и испарится, но зато металл с лихвой возместит её вес, и также будет оказывать существенное давление на основание.

Состав и характеристики

Песок, цемент и вода являются главными составляющими. Состав мелкозернистого бетона может дополняться различными присадками и пластификаторами, исходя из назначения раствора. Регламентирует мелкозернистый бетон ГОСТ.

Крупность заполнителя, необходимые пропорции и возможность применения пластификаторов для тяжелых бетонов отражены в ГОСТ 26633-2015, а также в ГОСТ 26633-2012. Производство МБ, используемого для организации дорожных асфальтобетонных покрытий, регулируется ГОСТ 9128-97, а для производства мелкозернистых специальных бетонных смесей разработан ГОСТ 7473-2010.

Главным условием получения качественного раствора является использование песка с различными фракциями (до 5 мм) в необходимой пропорции. Также возможно применение щебня с размером фракций до 10 мм.

Объем цемента определяется в соответствии с требованиями ГОСТ, так как превышение или уменьшение расчетного количества может существенно повлиять на характеристики изделия.

Малая доля цемента приводит к недостаточной прочности отлитого элемента, а сверхнормативная доля этого материала приводит к затруднению рабочего процесса, так как схватывание будет происходить быстрее.

Мелкозернистый бетон обладает следующими характеристиками:

  • Повышенное сопротивление работе на изгиб.
  • Однородность.
  • Виброустойчивость.
  • Морозоустойчивость.
  • Водонепроницаемость.
  • Пористость.

Физико-механические характеристики МБ.

Вес бетона в зависимости от его марки

Строители часто определяют вес 1 м3 бетона в зависимости от марки. Тяжелые его виды характеризуются следующими расчетными данными. Вес бетона М200 составляет 2430 кг/м3. Для марки M100 можно использовать величину 2495 кг/м3. Вес бетона М300 — 2390, а для марок М400 и М500 можно взять величины 2375 и 2300 кг/м3, соответственно.

Таким образом, приведенными в статье количественными величинами можно пользоваться для ориентировочных инженерных расчетов при производстве ремонтных и строительных работ.

Для того чтобы строительство нам не обошлось очень дорого, опытные специалисты для начала определяются с тем, какое количество материалов уйдёт на тот или иной объём работ. Т

ребуются тщательные и точные расчёты, а также нужно знать вес каждого материала, в том числе вес 1 куба бетона

.

Это делается для того, чтобы знать не только расчёт стоимости материала, но и для установки числа и плотности конкретного строительного материала, предназначенного для стройки.

Вес одного куба бетона можно определить только тогда, когда знаешь вид материала. Также вес зависит от того, какие заполнители применялись при изготовлении стройматериала.

Наверно, каждый начинающий или опытный строитель, учитывает, какие именно заполнители и смеси входили в состав того ли иного материала, для того чтобы построить долговечное и качественное жильё.

Виды, марки и классы

По основным характеристикам и сфере применения МБ подразделяют на два основных вида:

  • МБ с традиционным содержанием компонентов.
  • Мелкозернистый цемент, применяемый для наполнения форм конструкций с мелкоячеистым армированием.

Марки мелкозернистого бетона определяют по качеству используемых материалов и соотношению их в растворе. Существует пять марок для данного материала:

  • М100 (используется для ремонтных работ);
  • М200 (для ремонта и отливки изделий не несущих значительных нагрузок);
  • М300 (для заполнения форм при отливке изделий с частым армированием);
  • М350 и М400 (для отливки ответственных изделий и конструкций).

Классность МБ отражает его способность сопротивляться сжатию. Данная характеристика измеряется в МПа и обозначается буквой «В» с соответствующей цифрой. Например, мелкозернистый бетон В25 с применением раствора марки М300 используют для оборудования фундаментов, отливки монолитных лестничных маршей и плит перекрытия, что говорит о его высоких прочностных возможностях. МБ класса В15 с применением раствора марки М200 используют для заливки стяжек.

Градация классности начинается с бетонов класса В3 и достигает класса В80.

Определение веса

Справочные данные по объемному весу бетона определены в СНиП № II-3. Этот стандарт указывает расчетный вес разновидностей бетона в зависимости от типа его наполнителя. В нем имеется таблица веса бетона, из которой можно узнать, что железобетонные изделия характеризуются объемным весом (в кг/м3) 2500, бетон с применением наполнителя в виде гравия или щебня — 2400, керамзитобетон на основе — 500-1800, на основе перлитового песка — 800-1000. В свою очередь, газобетон характеризуется объемным весом 300-1000 кг/м3. Естественно, вес 1 м3 бетона имеет приблизительный характер, но эти данные вполне пригодны в расчетных целях. Ведь точность данных до нескольких килограммов не может обеспечить ни один расчет.

Сфера применения

Использование МБ обуславливается отсутствием в районе производства цементно-песчаных смесей открытых месторождений пород с наличием крупных фракций.

Доставка щебня или гравия в отдаленные районы существенно повышает стоимость бетона, что сказывается на себестоимости конечного изделия. Эта причина является наиболее распространенной при принятии решения о производстве бетона с использованием мелких фракций.

Помимо сугубо экономических причин, существует множество изделий и конструкций, которые невозможно производить, применяя традиционные бетоны с крупными фракциями. К ним относят:

  • асфальтобетонное покрытие;
  • бетонные трубы большого и малого диаметра;
  • элементы конструкции для возведения гидротехнических сооружений;
  • трубы, обладающие особыми свойствами для отвода агрессивных вод;
  • любые тонкостенные армированные конструкции (например, из МБ отливают сферические изделия, обладающие высокой прочностью и, вместе с тем, малым весом);
  • плиты перекрытия для оборудования навесов в сельскохозяйственных сооружениях, где требуется перекрывать большие пролеты;
  • бункерные сооружения, большие емкости для хранения сыпучих и жидких веществ и материалов;
  • изделия с плотным армированием;
  • арочные конструкции, способные перекрывать значительные пространства (например, при оборудовании выставочных павильонов).

Вывод

Масса — важная техническая характеристика, однако посчитать точно, сколько весит куб бетона не представляется возможным, так как оно зависит от многих факторов. Зная пропорции «ингредиентов», их удельную весовую характеристику, тип наполнителя, несложно ответить на вопрос — сколько весит бетон?

В настоящее время, как и много столетий назад, бетон остается, наверное, наиболее распространенным материалом для строительства. Он применяется при выполнении самых различных строительных работ — от капитальных ремонтов до возведения зданий. Впрочем, для выполнения любых работ первым делом требуется рассчитать количество необходимого материала с учетом его характеристик. Например, перед строителями часто возникает задача определить вес его кубометра. Поэтому настоящая статья посвящена вопросу о том, каков вес 1 м3 бетона.

Как изготавливают

Приготовление мелкозернистого бетона зависит от назначения отливаемой конструкции и отличается по составу наличием пластификаторов, присадок и количеству основных ингредиентов.

Связующим веществом смеси выступает цемент. Традиционно для стандартных растворов используют портландцемент М400, но, для специальных условий и характера нагрузок, могут применяться более высокие марки (М500, М600 и М1100), а также цементы со специальными свойствами: устойчивые к коррозии, воздействию кислот и агрессивных сред.

Пластичность раствора достигается при применении наполнителя, отобранного по размерам фракций. Для приготовления МБ используют наполнитель с фракциями 0,3–5 мм в определенной пропорции.

Для получения наполнителя нужного качества используют трехступенчатый способ подготовки материала:

  1. На первой стадии получают песок с фракцией от 1,25 до 5 мм. Доля этого компонента в общем объеме наполнителя составляет 60%.
  2. На второй стадии отбирают песок с фракцией от 0,3 до 1,25 мм. Доля этого материала – 20% от общего объема наполнителя.
  3. И еще 20% составляет песок с фракцией от 0,15 до 0,3 мм.

Доля цемент в смеси обусловлена характером нагрузки, которую примет на себя будущее изделие и регулируется нормативными документами, но для приготовления качественного МБ важно обратить внимание на качество связующего материала. Необходимо проконтролировать срок годности цемента, отсутствие комков, твердых фракций и мусора.

Приготовление раствора начинается со смешивания сухих ингредиентов. Соотношения связующего материала и наполнителя может колебаться от 1 к 1,5 до 1 к 3,5. Добавление воды регулируется необходимостью получения более пластичного раствора или более вязкого. По этим же характеристикам регулируется доля пластификаторов и присадок.

Необходимо помнить, что повышенное содержание наполнителя с крупными фракциями приводит к потере прочностных характеристик, хотя при этом можно снизить расход связующего вещества. При высокой доле мелких фракций наполнителя, количество цемента потребуется больше, но изделие получает более высокую плотность и прочность.

От чего зависит масса бетона

Прежде всего, надо отметить, что строители не используют такое понятие, как «удельный вес бетона». Это связано с тем, что данный стройматериал в своем составе может содержать самые разные составляющие, обладающие разным весом. Так, в качестве наполнителя может использоваться: . Щебенка. . Гравий. . Керамзит и др. Даже если для приготовления бетонного раствора применяется один и тот же состав, вес 1 м3 бетона может быть различным в случаях, если наполнитель имеет разные фракции. Чем больше размер фракции, тем больше пустот в материале и, соответственно, меньше его масса.

Но строителей все равно интересуют весовые характеристики, поскольку от величины этого показателя зависят многие характеристики выполняемых объектов. Например, на основе этих данных выполняют и выбирают вид фундаментов для разных типов грунта. Это же касается и других несущих элементов.

На практике строители используют параметр под названием «объемный вес». Но и эта характеристика не имеет постоянного значения. Кроме того, в расчетах должен учитываться вес жидкости, примененной при приготовлении раствора.

Описание стройматериала

Под мелкозернистым или песчаным бетоном понимают конструкционное строительное сырье на основе цемента, песка мелкой фракции и воды. Материал включается в категорию тяжелых бетонов и готовится аналогичным образом, но отличается от прочих более однородной структурой, меньшей пористостью и увеличенной прочностью. Оптимизация консистенции положительно влияет и на вязкость раствора, и на удобство его укладки.

Структура мелкозернистого бетона

Благодаря отсутствию крупных частиц наполнителя (более 2-2,5 мм) происходит повышение водопотребности цементной смеси, а это вызывает увеличение содержания цемента. Чтобы снизить расходы, в состав вводится только высококачественный песок и усиленный уплотнитель.

Особенности мелкозернистого бетона

Отличительными чертами данного стройматериала являются однородность и максимальная плотность, которые положительно влияют на прочность. Последняя в мелкозернистом растворе как минимум на 30% больше, чем у стандартных смесей на основе цемента и песка. Песчаный бетон подвижен, потому легко заливается в самые труднодоступные места, а также пригоден для отливки сложных форм. Для исключения проникновения воздуха в состав материал не подвергают вибрированию, которое может снизить его надежность.

Особенности зернистого бетона

Итак, мелкозернистые либо песчаные бетоны, как их еще именуют, являются смесь воды, цемента и песка, каковые взяты в определенном соотношении. Особенности и свойства материала зависят от его структуры, которую, со своей стороны, формирует структура цементного камня. При соединении цемента с песком, образуется клей, который способен скрепить зерна песка в прочный и плотный монолит.

Нужно заявить, что в следствии отсутствия большого наполнителя, цена мелкозернистого бетона не редкость выше, чем цена простого состава. Связано это с громадным расходом цемента.

Отметим, что цементный камень получает определенные свойства в следствии химических реакций, каковые протекают в следствии затворения цемента с водой. Ее продолжительность достаточно большая и требует определенной влажности и температуры. Но, воздействовать на реакцию возможно при помощи разных технологических процессов.

Песчаный бетон используют при возведении армоцементных конструкций. Материал, в большинстве случаев, армируют ткаными стальными сетками из проволоки маленького диаметра (до 2 мм).

Помимо этого, данный бетон применяют для заливки густо армированных конструкций. Кроме этого использование мелкозернистого бетона целесообразно в тех обстановках, в то время, когда в районе строительства нет месторождений горных пород, гравийно-песчаных смесей либо производства щебня.

ГОСТ 26633 91 на тяжелые и мелкозернистые бетоны допускает их изготовление различных по классам прочности и водонепроницаемости. Соответственно, материал может употребляться в самых различных областях строительства.

К характерным его изюминкам относятся следующие свойства:

  • Хорошая прочность при изгибе;
  • Водонепроницаемость;
  • Морозоустойчивость.

Благодаря им, материал применяют для монтажа дорожных покрытий в тех районах, где имеется недостаток качественного щебня. Помимо этого, его деятельно используют при возведении гидротехнических сооружений и цементных труб.

Свойства мелкозернистого бетона характеризуются теми же параметрами, что и свойства простого бетона. Но он владеет и некоторыми изюминками, каковые связаны с его структурой.

В частности для него характерно:

  • Увеличенное содержание цементного камня;
  • Мелкозернистость и громадная однородность;
  • Повышенная пористость и др.

Совет! Армированный песчаный бетон весьма не хорошо поддается обработке. Исходя из этого для исполнения разных механических операций применяют алмазный инструмент, к примеру, не редко используется резка железобетона алмазными кругами либо алмазное бурение отверстий в бетоне.

Состав и технические характеристики

Конкретный состав раствора может меняться за счет разных пропорций и введения новых компонентов, но такое утверждение справедливо лишь для домашнего применения. В профессиональном строительстве состав мелкозернистого бетона регламентируется ГОСТ 26633-91, при этом в него входят три основных ингредиента:

  • цемент;
  • речной очищенный песок фракции менее 2,5 мм;
  • вода.

Также допускается замена части песка щебнем фракции менее 5-10 мм и добавление пластификаторов. Кроме прочего, в состав могут вводиться компоненты для увеличения прочности — измельченный шлак, зола. Как правило, количество цемента в мелкозернистом бетоне в 2 раза выше, чем в классическом растворе. Если норма будет меньшей, то после застывания цементный камень не обретет должной прочности. В случае превышения объема цемента бетон будет схватываться быстрее, а это сильно затруднит течение рабочего процесса.

Мелкозернистый бетон обладает следующими техническими характеристиками:

  • усиленное сопротивление на изгиб;
  • однородная консистенция;
  • стойкость к вибрации;
  • морозостойкость;
  • влагонепроницаемость;
  • оптимальная пористость.

Достоинства и недостатки материала

Мелкозернистый бетон обладает множеством преимуществ по сравнению с традиционными составами:

  • улучшенные физико-механические характеристики — прочность на изгиб и растяжение, переносимость высоких нагрузок и вибрации, пластичность, хорошая текучесть и проникающая способность;
  • возможность придания новых свойств за счет введения присадок (водонепроницаемость, кислотоустойчивость, щелочеустойчивость и т. д.);
  • максимально однородная структура раствора;
  • пригодность для самых разных строительных и ремонтных работ, в том числе — для заливки изделий сложной формы, большой выбор методов создания бетонных конструкций;
  • высокая морозостойкость — в 2 раза больше, чем у традиционных бетонов;
  • удобство транспортировки, низкий риск расслаивания;
  • высокая плотность готового бетонного камня.

Минусы у мелкозернистого бетона тоже имеются. Среди них стоит отметить твердость после застывания, что усложняет последующую обработку изделий и конструкций. Для создания раствора приходится тратить увеличенное количество цемента. В ходе набора прочности материал дает усадку, что надо учесть еще до выполнения работ.

Виды архитектурного бетона

По составу смеси, свойствам и способу формовки архикамень бывает:

  • Геометрический – для создания обычных монолитных конструкций в опалубке, в работе схож со строительством из простого бетона.
  • Декоративный – для отделки готовых конструкций, с использованием различных инструментов и технологий.
  • Скульптурный – для создания объемных декоративных композиций. Отличается повышенной пластичностью, стойкостью к внешним воздействиям, длительным твердением (чтобы можно было доработать что-то в процессе). Процесс производства скульптур простой: создают каркас, обтягивают сеткой, на нее наносят бетон, после легкого схватывания инструментами и руками создают форму.

По назначению материал бывает белым декоративным (для отделки фасадов, различных внутренних поверхностей) и белым облегченным (для создания изделий и элементов с небольшим весом). Среди современных материалов для декорирования выделяют цветной и , шлифованный и фотобетон, светопрозрачный и текстурированный формлайнерами. Сложные материалы создают лишь в условиях промышленного производства на специальном оборудовании.

Виды, марки и классы материала

На марку мелкозернистого бетона влияет качество применяемых составляющих и пропорции цемента и воды. Чем выше марка (М100-М500), тем качественнее будет бетон. Сферы использования материала также разнятся в зависимости от марки:

  • М100 — для проведения ремонтных работ;
  • М200 — для ремонта и заливки конструкций, не являющихся несущими;
  • М300 — для заливки форм и изделий с частичным армированием;
  • М350, М400 — для отливки армированных и несущих конструкций.

Марки мелкозернистого бетона
Кроме того, все виды песчаного бетона можно условно поделить на 2 группы:

  1. Мелкозернистый бетон. Отличается мелким размером фракции любых минеральных наполнителей (песка, золы и т. д.).
  2. Мелкозернистый цемент. Включает увеличенное количество цемента, подходит для армированных конструкций.

Еще одна градация бетона отражает его прочность и способность к сжатию. Она измеряется в мегапаскалях (МПа) и обозначается буквой «В» с определенной цифрой (от В3,5 до В80). Прочность материала возрастает при увеличении этой цифры.

Усиленный

С целью создания усиленного бетона предварительно выполняется армирование сеткой, металлическими прутьями. В результате конструкция будет еще более прочной, и ее можно использовать в качестве несущей.

Силикатный

В состав такого мелкозернистого бетона дополнительно вводят 3% жидкого стекла. В результате застывший цементный камень легко переносит нагрев до +1000…+1300 градусов. Без добавления жидкого стекла данный показатель не превышает +300 градусов.

Высокопрочный

Чтобы увеличить прочность раствора, строго соблюдают рекомендованное соотношение основных компонентов (цемента и песка), а также вводят специальные добавки. Обычно это — суперпластификаторы в объеме до 0,2%, например, С-3, поликарбоксилатный суперпластификатор, Melflux 2651 °F. Также для увеличения прочности обычный речной песок меняют на глауконитовый, вводят микрокремнезем и молотый кварц. В результате прочностные характеристики бетона возрастают в 2 раза, водопоглощение снижается в 2-3 раза, поры уменьшаются в 4 раза.

Модифицированный

В модифицированные мелкозернистые бетоны вводят специальные синтетические вещества, которые целенаправленно меняют свойства раствора — гидрофобность, морозостойкость и т. д.

Виды бетона

Тяжелый бетон, состав которого основывается на высших , может предназначаться для разных целей.

В зависимости от сферы применения существует следующая классификация материала:

  1. Высокопрочный. В процессе замеса вносится лучшая цементная смесь, чистый песок и щебень крупной фракции. Производство выполняется с помощью вибрационного оборудования, которое придает бетону повышенную плотность тяжелого бетона. С целью повышения прочности в состав вносят дополнительные компоненты — пластификаторы.
  2. Железобетонный. Используется для строительства железобетонных блоков, перекрытий и других ж/б построек.
  3. Быстросхватывающийся. В его составе присутствует смесь и дополнительные элементы, включая хлористый водород. Наличие добавок способствует сокращению сроков застывания без потери качества конечного продукта.
  4. Для гидросооружений. Представляет собой особую разновидность бетона, которая используется для возведения сооружений во влажной среде. Материалу не страшны воздействия воды, и он сохраняет первоначальный вид даже через несколько лет интенсивной эксплуатации.
  5. Дорожный. Применяется при покрытии автомагистралей и обладает устойчивостью к большим техническим нагрузкам.
  6. Литой. Создается на основе быстротвердеющего цемента с пластификаторами и большим содержанием жидкости в составе.
  7. Мелкозернистый. Создается на базе камней цемента без наличия крупных и тяжелых компонентов. Востребован при возведении построек со стенами небольшой толщины.
  8. Кислотоупорный. Отличается устойчивостью к воздействию агрессивных веществ и кислот, поэтому задействуется для строительства помещений химического типа.
  9. Жаростойкий. Не боится продолжительного пребывания в высокотемпературной среде. На основе обустраиваются промышленные печи, работающие с температурой до 12000°C.
  10. Полимерные разновидности. В процессе производства сырье пропитывается специальными смолами и полимерными добавками. Это обеспечивает повышенную степень прочности и надежности.
  11. Декоративный. Производится с применением красителей и особых заполнителей, таких как мраморный камень с натуральным окрасом. Материал востребован при возведении аллей и парков, украшении садовых дорожек и бордюров, оформлении фасадов и т.д.

Существуют и специальные , которые отличаются разным составом и классом.

Области применения бетона

Чаще всего материал используют для отливки армированных конструкций и иных изделий. Поскольку обычный состав с трудом проникает сквозь частые прутья армирования или через ячейки сетки, приходится использовать более текучий, подвижный материал. Не менее хорошо он подходит для заделывания стыков, трещин, дефектов и разного рода деформаций. Вот самые популярные примеры применения материала:

  • отливка арок, бордюров, брусчатки;
  • заделка швов в монолитном бетоне;
  • постройка зданий на песчаных и щебневых карьерах;
  • закладка дорожных покрытий;
  • производство малых и больших бетонных труб, в том числе для отвода агрессивных стоков;
  • заливка элементов гидротехнических сооружений;
  • изготовление плит для навесов в сельскохозяйственных строениях;
  • создание арочных конструкций для павильонов, бункеров;
  • отлив емкостей для хранения разных веществ;
  • проведение гидроизоляционных работ.

Приготовление мелкозернистого бетона

Заказать готовую смесь можно практически на любом заводе, который производит бетон. Также материал нередко делают самостоятельно, в бытовых условиях. Важно лишь применять составляющие высокого качества, без примесей и грязи, при этом цемент должен быть максимально свежим.

Распределение песка на фракции

Песок в ходе подготовки просеивают через три сита. Вначале его пропускают через сетку с ячейками в 2,5 мм, получая первую фракцию (его нужно около 50-60% от всего объема песка). Следующую порцию сеют через сито с ячейками 1,2 мм, третью — через сито с ячейками 0,135 мм, причем эти фракции песка берут примерно в равных количествах.

Барабанный грохот для песка

Соединение с вяжущим веществом

В качестве вяжущего вещества используют портландцемент марок М400-М500, также можно брать сульфатостойкие и пуццолановые цементы, которые не вызывают коррозии арматуры и металлических крепежных элементов. Для получения высокопрочного бетона пропорции цемента и песка составляют 1:1,5, для более слабого раствора — 1:1,35.

Отмеривание воды

Жидкие добавки и пластификаторы вводят в воду, которая в дальнейшем применяется для разведения цементно-песчаной смеси. Количество воды должно быть таким, чтобы обеспечить бетону оптимальную текучесть при заливке в форму.

Соединение компонентов

Составляющие бетона перемешивают в бетономешалке. При увеличении количества цемента обязательно вводят новую порцию воды. Тем не менее, сильно от рекомендованных норм не отступают, иначе это отрицательно скажется на качестве готовой смеси.

Пневмонабрызг

Данная методика идеально подходит для нанесения мелкозернистого бетона. Она подразумевает разбрызгивание состава при помощи пневмопистолета, в емкость которого вливается раствор. Некоторые установки позволяют перемешивать компоненты и только потом распылять их. Набрызг происходит под действием сжатого воздуха прямо в форму, после чего бетон раскатывают валиком. Качество готовых изделий при применении пневмонабрызга улучшается благодаря вытеснению воды и повышению плотности раствора.

Основные свойства

К основным свойствам бетонов относят:

  1. Прочность.
  2. Водостойкость.
  3. Пористость.
  4. Морозостойкость.
  5. Теплопроводность.
  6. Огнеупорность.

Прочность

Ключевым показателем высокого качества бетона является его прочность. Тяжелые разновидности должны справляться с интенсивными нагрузками, поэтому к прочностным свойствам предъявляются высокие требования.

Они должны соблюдаться как на этапе замешивания смеси, так и при решении всех строительных задач. Поскольку бетон считается материалом с неоднородной структурой, колебания в показателях прочности считаются нормальным явлением.

Водостойкость

Бетон считается водостойким материалом, который не теряет свои начальные характеристики при продолжительном пребывании во влажной среде. Показатели водостойкости зависят от соотношения компонентов в составе и изображаются под буквой W. Диапазон значения варьируется от W2 до W20.

Пористость

Даже самые прочные марки бетона обладают маленькими ячейками, которые обуславливают такое свойство, как пористость. Интенсивность пористости определяется типом и объемом наполнителя, а также соотношением воды и цемента. Еще учитывается степень обработки методом вибрации и масса других факторов. Базовое значение варьируется от 6 до 15%.

Морозостойкость

Степень морозостойкости указывает на устойчивость материала к разрушающему воздействию отрицательных температур или нагрузок при оттаивании влаги после затяжной зимы. Под морозостойкостью подразумевается количество циклов заморозки и разморозки. Чем больше таких циклов, тем выше показатель. Доступные в продаже марки обладают значениями от 50 до 300 циклов.

Теплопроводность

Слабым местом бетонов является его теплопроводность. Несмотря на улучшенные прочностные показатели и большой срок службы, материал подвергается сильному промерзанию и не может удерживать тепло внутри себя. По мере увеличения плотности растет теплопроводность.

Огнеупорность

Огнеупорность считается важнейшим свойством материала, которая определяет его устойчивость к воспламенениям. При воздействии температуры до 200ºС прочностные характеристики снижаются на 30%. При повышении температуры до 500ºС происходит деформация конструкции.

УДК 666.972 На правах рукописи

ЖАУТИКОВ ЕРГАЗЫ ЖАНАБАЕВИЧ

Составы и свойства поризованных мелкозернистых бетонов

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

кандидат технических наук

Ведущая организация: Казахский национальный технический

университет имени

Защита состоится 30 октября 2010 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» 52/6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» 52/6.

Автореферат разослан « » сентября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д. т.н.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В последние годы все большее применение в строительстве получают новые виды бетонов: особо высокопрочные, самоуплотняющиеся, порошковые, мелкозернистые. Необходимость применения мелкозернистых бетонов обусловлена тем, что они не содержат крупного заполнителя, незаменимы при изготовлении тонкостенных железобетонных конструкций, армоцементных изделий, кладочных и отделочных растворов и т. п.

Сдерживающим фактором более широкого использования мелкозернистых бетонов является большой расход вяжущего вещества, что в свою очередь предопределяет повышенные усадочные деформации, снижение модуля упругости, а также увеличивает стоимость 1 м3 бетона. Поэтому дальнейшее развитие технологии мелкозернистых бетонов связано с проведением работ по повышению их прочностных показателей, улучшению деформационных характеристик, снижению себестоимости продукции. В настоящее время наибольшее распространение в технологии бетонов получают способ применения поризации и способ дисперсного армирования смеси различными видами фибр.

В тонкостенных конструкциях применение обычных бетонов невозможно по двум причинам: из-за небольшой толщины материала (50-100 мм) нельзя использовать щебень даже самой мелкой фракции, т. е. фракции 5-10 мм, а также нельзя использовать стальную арматуру из-за невозможности обеспечить защитный слой.

ГОСТ ограничивает верхний предел по плотности ячеистые бетоны на уровне 1200 кг/м3. Далее до плотности 1800 кг/м3 бетоны относятся к легким бетонам на пористых заполнителях. Таким образом, область легких бетонов в интервале от 1200 до 1800 кг/м3, изготовленных без применения пористого заполнителя, а поризованных пеной или газом остается вне стандартов и малоизученным объектом.

Таким образом, проведение исследований по разработке технологии легких бетонов не содержащего в своем составе пористого заполнителя является актуальным и своевременным.

В настоящее время Комитет по делам строительства Республики Казахстан разработал Концепцию по форсированному индустриально-инновационному развитию, в которой значительное внимание уделено развитию строительства и промышленности строительных материалов.

Работа выполнена в соответствии с «Программой развития промышленности строительных материалов на годы» и тематическим планом научных исследований ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ».

Целью настоящей работы является разработка технологии и составов и изучение свойств поризованных мелкозернистых фибробетонов со средней плотностью кг/м3 и высокими физико-механическими и функциональными свойствами.

Для решения поставленной цели были реализованы следующие частные задачи:

— проанализировано состояние производства в области поризованных бетонов, научно-технических решений по созданию новых технологий мелкозернистых бетонов, а также фибробетонов;

—  определена сырьевая база и исследованы основные физико-механические свойства портландцемента, золы, песка кварцевого и малокварцевого, поризаторов и других химических добавок использованных при выполнении работы;

—  разработан способ подготовки исходных сырьевых компонентов и технология приготовления поризованной бетонной массы предусматривающая литьевой способ производства материалов ячеисто-зернистой структуры;

— разработан двухстадийный способ дисперсного армирования поризованных мелкозернистых фибробетонов волокнами;

— разработан состав высокоэффективного конструкционно-теплоизо-ляционного мелкозернистого фибробетона естественного твердения со средней плотностью кг/м3, не содержащего пористых заполнителей.

Научная новизна работы:

— разработан двухстадийный способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала. Способ заключается во введении 0,05-0,2% целлюлозных волокон «арбоцель» при приготовлении цементного теста и 0,2-0,5% полипропиленовых волокон при приготовлении бетонной смеси. Микроволокна арбоцель армируют цементное тесто, а полипропиленовые волокна – бетонную смесь;

— выявлено, что на прочность мелкозернистого бетона определяющее влияние оказывает величина адгезии наполнителя к цементному камню, а не его прочность. Наибольшая величина адгезии с цементным камнем достигается при применении кварцевого наполнителя по сравнению с применением мраморного наполнителя, что в конечном итоге предопределяет повышенную прочность бетона с наполнителем из тонкомолотого кварцевого песка;

— установлена возможность регулирования прочности мелкозернистого фибробетона изменением плотности и объемного содержания цементного камня;

— разработан и предложен трехфракционный состав мелкого заполнителя, при оптимальном соотношении между которыми формируется наиболее прочная структура бетона и одновременно замкнутое поровое пространство за счет воздухововлекающего действия ПАВ;

— определено влияние составов и технологических приемов на физико-механические и эксплуатационные свойства поризованного мелкозернистого фибробетона: предел прочности на сжатие увеличивается в 2-2,5 раза, прочность на растяжение при изгибе на 60-80%, теплопроводность составляет 0,31-0,47 Вт/(м·оС).

Практическое значение работы:

— разработан состав поризованного мелкозернистого фибробетона, включающий цемент, заполнитель, кварцевый наполнитель, двухкомпонентную фибру и ПАВ, обеспечивающий получение бетонов классов по прочности В20, В30;

— разработана технология приготовления поризованной смеси, предусматривающая двухстадийное введение волокон различной длины и воздухововлекающую добавку в процессе перемешивания компонентов смеси;

— в производственных условиях ТОО «АСТ» проведено опробование составов и технологии и выпущена опытная партия конструкционно-теплоизоляционных блоков;

— экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет порядка 450 тенге на 1 м3 бетона.

Основные положения, выносимые на защиту:

— способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала;

— фракционный состав мелкого заполнителя, при оптимальном соотношении между которыми формируется наиболее прочная структура бетона и одновременно замкнутое поровое пространство за счет воздухововлекающего действия ПАВ;

— минералогический состав наполнителя, при применении которого обеспечивается наибольшая прочность сцепления с цементным камнем и, соответственно, достигается большая прочность бетона;

— теоретическое и экспериментальное обоснование регулирования основных физико-механических свойств мелкозернистого фибробетона путем изменения степени поризации и объемного содержания цементного камня;

— влияние составов и технологических приемов на физико-механические и эксплуатационные свойства поризованного мелкозернистого фибробетона.

Апробация работы и публикации:

Основные результаты диссертации доложены на международных конференциях: «Новые энерго — и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов» (Пенза, 2009), «Наука и инженерное образование без границ» (Алматы, 2010), «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза, 2010), «Современные проблемы геотехники, механики и строительства транспортных сооружений» (Алматы, 2010), «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (Пенза, 2010).

Основные положения диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендуемых комитетом по контролю в сфере образования и науки МОН РК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и приложений, содержит 107 страниц машинописного текста, 19 рисунков, 22 таблицы, список использованных источников из 105 наименований.

Результаты работы получены автором самостоятельно.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций гарантирована статистическими данными, применением современных методов исследований и лабораторного оборудования, обеспечивающего необходимый уровень надежности измерений.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Научно-технический анализ в области технологии и применения мелкозернистых фибробетонов

В последние годы в странах СНГ, в т. ч. в Казахстане, в сфере строительства значительно увеличился интерес к новым видам бетонов, что обусловлено возрастающими требованиями строительства, связанных с необходимостью получения конструкций разнообразной формы, пониженной массы, улучшенными физико-механическими и эксплуатационными свойствами.

В этом плане мелкозернистые бетонные изделия и конструкции отвечают самым высоким требованиям, предъявляемым к бетонным материалам в строительстве. Применение их особенно целесообразно в регионах, в которых отсутствует крупный заполнитель, например в Казахстане в западных областях, в случаях необходимости изготовления тонкостенных конструкций и изделий (например, фасадных сложных конструкций для архитектурной выразительности зданий или отделочных плит и т. п.), сухих строительных смесей. Кроме того, развитие технологии бетонов на современном этапе строительства потребовало применения бетонов, которые сочетают высокие прочностные показатели с пониженной плотностью и, соответственно, меньшей массой и меньшим коэффициентом теплопроводности, высокой прочностью не только на сжатие, но и на изгиб и растяжение. Этим требованиям могут соответствовать поризованные мелкозернистые фибробетоны.

За рубежом находят применение в основном высокопрочные мелкозернистые бетоны плотной структуры для получения пространственных несущих конструкций, в странах СНГ в большей степени изготавливаются и применяются мелкоразмерные изделия, как тротуарные плиты, получаемые путем прессования полусухой мелкозернистой смеси, а также сухие строительные смеси.

Наряду с заводским производством мелкозернистых бетонов в России и Казахстане проводятся научные изыскания по технологии данных видов бетона, о чем свидетельствуют монографии и учебные пособия, выпущенные в частности известными учеными в области технологии бетонов , , и некоторыми другими. Основы технологии, изложенные в известных трудах, могут служить основой для дальнейшего развития учения о мелкозернистых бетонах в направлении расширения их номенклатуры и повышения функциональных возможностей изделий и конструкций на их основе.

Сырьевые материалы и методика проведения исследований

При проведении исследований в качестве сырьевых компонентов были использованы:

— портландцемент М400 завода АО «Бухтарминская цементная компания», соответствующий требованиям ГОСТ ;

— кварцево-полевошпатовый песок Капшагайского месторождения Алматинской области, модуль крупности песка – 1,48, содержание кремнезема – 35%, полевых шпатов – 58,2%, слюды – 1%, пылевидных и глинистых частиц – 0,9%;

— наполнители, полученные путем помола кварцевого песка и мраморной крошки;

— зола гидроудаления Алматинской ТЭС, содержание SiO2 — 90%;

— поризующая добавка ПБ-2000;

— целлюлозное волокно «арбоцель»;

— полипропиленовые волокна;

— химические добавки: гиперпластификатор «Глениум», формиат кальция. Все добавки соответствовали требованиям соответствующих стандартов.

В работе в основном использовали стандартные методы исследований.

3 Оптимизация составов и технологии конструкционно-теплоизоляционного поризованного мелкозернистого фибробетона

В диссертационной работе в соответствии с целью и задачами исследований были изучены и разработаны технологические мероприятия по оптимизации составов мелкозернистых бетонов в области значений средней плотности кг/м3. Традиционно, в указанной области средней плотности, получают легкие бетоны на пористых заполнителях, в которых пониженная плотность обеспечивается за счет пористости зерен заполнителя. При применении в качестве заполнителя песка с плотной структурой, что имеет место в технологии мелкозернистых бетонов, снижение плотности до заданных значений может быть достигнуто только за счет поризации растворной составляющей и регулирования соотношения объемов заполнителя и поризованного цементного теста в бетоне.

В случае получения бетона со 100%-ным наполнением его объема заполнителем, цементное тесто заполнит только объем межзерновой пустотности песка и по объему составит около 40%. Остальные 60% объема бетона займет мелкий заполнитель, в частности песок. При этом теоретически зерна песка будут соприкасаться меду собой и при его практической реализации прочность бетона должна равняться нулю. Плотность такого мелкозернистого бетона при В/Ц = 0,5 составит более 2100 кг/м3 и согласно классификации бетонов по плотности будет соответствовать классу тяжелых бетонов (таблица 1). При снижении содержания песка и, соответственно, увеличения доли цементного теста плотность бетона уменьшится, но в пределах нерациональных с технологической и экономической позиции.

Для получения мелкозернистых бетонов с высокими физико-механическими показателями в работе выполнены расчеты по соотношению доли цементного теста и заполнителя и проведены экспериментальные исследования по повышению прочности поризованного цементного камня. Установлено, что для получения мелкозернистых бетонов с плотностью кг/м3 необходимо поризовать растворную составляющую мелкозернистого бетона. Даже при снижении содержания песка до 20% от объема бетона, что с технико-экономической точки зрения совершенно нецелесообразно, при В/Ц = 0,4 плотность бетона снижается с 2165 кг/м3 до 1830 кг/м3, а при повышении В/Ц до 0,6 удается снизить плотность бетона всего до 1550 кг/м3.

Таблица 1 – Расчетная средняя плотность мелкозернистого бетона при различном объемном соотношении песка и цементного теста при В/Ц = 0,4*

Содержание песка, %

60**

Содержание цементного теста, %

Средняя плотность бетона в высушенном состоянии, кг/м3

— *Расчетная плотность цементного теста в высушенном до постоянной массы состоянии составляет 1660 кг/м3;

— **60% содержания песка соответствует его 100%-му наполнению формы, остальные 40% — это межзерновая пустотность песка, заполненная цементным тестом.

В цементных бетонах, независимо от их вида, необходимо стремиться к максимальному снижению расхода цемента. Это необходимо даже не столько с экономической точки зрения, а в не меньшей степени – с технологической, поскольку в бетонах с повышенным содержанием цемента в процессе эксплуатации будут наблюдаться повышенные усадочные деформации, склонность к трещинообразованию, снижение морозостойкости. Поэтому при проектировании составов мелкозернистых бетонов на первом этапе был определен интервал варьирования содержания мелкого заполнителя для каждой плотности, а на втором этапе степень поризации растворной части.

Для обеспечения мелкозернистому бетону достаточно высоких прочностных показателей были проанализированы различные варианты содержания цемента в сочетании с плотностью цементного камня в бетоне, при которых возможно наиболее оптимальное соотношение сочетания заполнителя с вяжущим в проектируемой смеси. При проведении расчетов расход цемента варьировали от 350 до 700 кг на 1 м3 бетона. Согласно расчетным данным (таблица 2) для каждой плотности мелкозернистого бетона при одинаковом расходе цемента на 1 м3 материала требуется введение различного количества мелкого заполнителя, как по объему, так и по массовому содержанию.

Для относительно легких мелкозернистых бетонов (ρ = 1200 кг/м3) расход заполнителя составляет 395-795 кг на 1 м3, а для мелкозернистого бетона плотностью 1600 кг/м3 – кг.

Таблица 2 – Расчетное содержание мелкого заполнителя и цемента для получения мелкозернистого бетона с плотностью кг/м3

Показатель

Содержание компонентов, при плотности мелкозернистого бетона,

кг/ м3 и расходе цемента, кг

Объемная доля песка с учетом межзерновой пустот-ности, %

Массовая доля

песка, кг

Расчетная плотность поризованного цеме-нтного камня, кг/м3

В области значений плотности бетона кг/м3 на плотном заполнителе, прочность материала определяется прочностью затвердевшего цементного камня и величиной сцепления продуктов новообразований цемента с заполнителем. Экспериментально установлено, что максимально возможные прочностные показатели для мелкозернистых бетонов в зависимости от плотности обеспечиваются при следующих значениях плотности цементного камня:

— при плотности бетона 1200 кг/м3 – плотность цементного камня 900 кг/м3;

— при плотности бетона 1400 кг/м3 – плотность цементного камня 1000 кг/м3;

— при плотности бетона 1600 кг/м3 – плотность цементного камня 1100 кг/м3;

Для обеспечения повышенной прочности поризованному цементному камню разработан состав вяжущего, включающий цемент, золу-гидроудаления ТЭС, гиперпластификатор и технологический прием активации вяжущего, заключающийся в его тонком помоле до достижения удельной поверхности 4000 см2/г.

Простое увеличение содержания цемента в составе бетона с поризованной растворной составляющей не обеспечивает адекватное увеличение прочности. В поризованных системах это обусловлено тем, что образующийся при гидролизе алита свободная Са(ОН)2 не способствует увеличению прочности цементного камня, а при его связывании с активным кремнеземом, образуются прочные водостойкие гидросиликатные соединения.

Оптимальный состав вяжущего включает, %: портландцемент – 75-85; зола-гидроудаления – 14,6-24,3; гиперпластификатор – 0,4-0,7.

Учитывая большие возможности, которые открывают математико-статистические методы при изучении технологических процессов, для выявления области оптимальных составов поризованных мелкозернистых фибробетонов был использован метод активного планирования эксперимента. В качестве определяющей характеристики мелкозернистого фибробетона взят гранулометрический состав заполнителя, как фактор, оказывающий решающее влияние на расход вяжущего, среднюю плотность, прочность и проницаемость материала. С этой целью песок был разделен на фракции 0,14-0,63 мм; 0,63-2,5 мм и 2,5-5 мм и составлена матрица планирования эксперимента (таблица 3).

Таблица 3 — Матрица планирования эксперимента

Х1

Х2

Х3

Содержание компонентов, %, фракций, мм

Насыпная масса фракций, кг/м3

0,14-0,63

0,63-2,5

2,5-5

В качестве контролируемых параметров мелкозернистого бетона, определяющих его оптимальные физико-механические характеристики, были взяты средняя плотность и прочность на сжатие.

Задача определения оптимального состава мелкозернистого бетона была сформулирована следующим образом: нахождение составов при заданной плотности обеспечивающей максимальную прочность материала. Исследованию подвергалась вся область диаграммы «состав-свойство» с соотношением компонентов Х1 + Х2 + Х3 = 1, где Х1, Х2, Х3 соответственно песок фракций 0,14-0,63; 0,63-2,5 и 2,5-5 мм.

Известно, что поверхности свойств материалов, подобных рассматриваемым, могут быть аппроксимированы полиномами невысоких порядков и поэтому оно выполнено полиномами второго порядка. Адекватность моделей проверялась по центральной проверочной точке 7 (Х1 = Х2 = Х3 = 0,33).

Для мелкозернистого фибробетона были изготовлены и испытаны соответствующие образцы, результаты испытаний которых представлены в таблице 4. В этих исследованиях фибробетоны с плотностью кг/м3 изготовлены на активированном цементе с дисперсным армированием смеси, а мелкозернистый бетон с плотностью 2000 кг/м3 на рядовом портландцементе марки М400 и без дисперсного армирования микроволокнами.

Таблица 4 – Прочность при сжатии мелкозернистого фибробетона

в зависимости от плотности и фракционного состава заполнителя

Фактор варьирования

Фактор отклика (оптимизации)

грансостав, мм

предел прочности при сжатии, МПа

Х1

0,14-0,63

Х2

0,63-2,5

Х3

2,5-5

Υ1

ρ = 2000 кг/м3

Υ2

ρ = 1600 кг/м3

Υ3

ρ = 1400 кг/м3

Υ4

ρ = 1200 кг/м3

18.5

33.3

При плотности мелкозернистого фибробетона 2000; 1600; 1400; 1200 кг/м3 уравнения регрессии в зависимости от гранулометрического состава заполнителя имеют следующий вид:

Υ1 = 6х1 + 16х2 + 22х3 + 12,4х1х2 + 27,2х1х3 + 24х2х3

Υ2 = 18,5х1 + 25,8х2 + 31,7х3 – 0,2 х1х2 + 10,8х1х3 + 26,6х2х3

Υ3 = 12,2х1 + 24,5х2 + 20,8х3 + 8,6 х1х2 + 44,4х1х3 + 12,6х2х3

Υ4 = 16,1х1 + 12,5х2 + 8,7х3 + 15,6,4 х1х2 — 7,2х1х3 – 12,4х2х3

Проверка адекватности уравнений по центральной проверочной точке 7 показала, что уравнения адекватны. По полученным данным были построены

диаграммы «состав-свойство» с построением линий равных значений (рису — нок 1).

Область составов мелкозернистого фибробетона в зависимости от заданной плотности и прочности ограничивается следующими значениями Х:

— для плотности 2000 кг/м3 – Rсж = 20 МПа; Х1 = 0-0,53; Х2 = 0-0,87; Х3 = 0,15-0,45;

— для плотности 2000 кг/м3 – Rсж = 15 МПа; Х1 = 0,53-0,76; Х2 = 0-0,81; Х3 = 0-0,24;

— для плотности 1600 кг/м3 – Rсж = 30 МПа; Х1 = 0-0,31; Х2 = 0-0,89; Х3 = 0,02-0,68;

— для плотности 1600 кг/м3 – Rсж = 25 МПа Х1 = 0.31-0,68; Х2 = 0-0,96; Х3 = 0-0,32;

— для плотности 1400 кг/м3 – Rсж = 20 МПа Х1 = 0-0,77; Х2 = 0-0,5; Х3 = 0-0,22;

— для плотности 1200 кг/м3 – Rсж = 15 МПа Х1 = 0,32-0,92; Х2 = 0-0,85; Х3 = 0-0,71;

— для плотности 1200 кг/м3 – Rсж = 10 МПа Х1 = 0-0,32; Х2 = 0-0,83; Х3 = 0,17-0,32.

Рисунок 1 – Диаграммы «состав-свойство» мелкозернистых поризованных фибробетонов со средней плотностью 2000 кг/м3 (а), 1600 кг/м3 (б),

1400 кг/м3 (в) и 1200 кг/м3 (г)

При разработке технологии мелкозернистого бетона особое внимание было уделено способу приготовления формовочной смеси, включающей способы поризации и дисперсного армирования цементного теста и бетонной смеси.

Исследования показали особую чувствительность поризованных минеральных систем к однородности формируемой структуры материала, которая достигается на стадии приготовления смеси. Опробование известных схем поризации цементных растворных смесей показало, что для фибробетонов оптимальным является двухстадийное перемешивание, согласно которому на первой стадии готовится цементное тесто с целлюлозным волокном, на второй стадии – бетонная смесь с полипропиленовым волокном и добавкой поризующего компонента. Перемешивание необходимо осуществлять в турбулентном смесителе с высокооборотным перемешивающим органом. Одновременно с перемешиванием идет процесс активации вяжущего, заключающийся в обнажении поверхности цементных зерен при соударении с песком, рабочим органом и стенкой мешалки.

По результатам исследований разработана технологическая схема производства мелкозернистого поризованного фибробетона (рисунок 2).

Рисунок 2 – Технологическая схема производства поризованных

мелкозернистых фибробетонов

В работе представлены результаты исследований физико-механических и эксплуатационных свойств мелкозернистых фибробетонов со средней плотностью кг/м3. Класс по прочности на сжатие бетона при плотности 1200; 1400 и 1600 кг/м3 составляет соответственно В10, В15 и В20. Испытания образцов на морозостойкость выявили высокую стойкость бетонов, при которой они выдерживают не менее 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потери массы и снижения прочности.

4 Производственное опробование технологии поризованного мелкозернистого фибробетона

Производственное опробование технологии поризованного мелкозернистого фибробетона было проведено путем изготовления блоков размером 20х20х40 см на предприятии ТОО «АСТ».

В качестве сырьевых материалов были использованы портландцемент М400 цементного завода АО «Бухтарминская цементная компания», зола-гидроудаления Алматинской ТЭС, порообразователь ПБ-2000, гиперпластификатор «Глениум», целлюлозные волокна «арбоцель», полипропиленовые волок на и песок местного карьера, разделенный на три фракции: 0,14-0,63 мм; 0,63-2,5 мм и 2,5-5 мм.

Активацию вяжущего проводили на предприятии ТОО «POLIMIN KZ» путем помола цемента, золы и гиперпластификатора.

В результате опытно-производственного опробования была изготовлена партия конструкционно-теплоизоляционных блоков размером 20х20х40 см. Испытания блоков показали следующие результаты: плотность – 1220 кг/м3; прочность на сжатие через 28 суток твердения – 12,5 МПа, коэффициент теплопроводности – 0,31 Вт/(м·оС). Расчетный экономический эффект от примене — ния блоков на основе поризованного мелкозернистого фибробетона ориентировочно составит 450 тенге на 1 м3; от использования 10 000 м3 бетона эффект составит 4,5 млн. тенге в год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализировано состояние производства и применения, а также научных исследований в области мелкозернистых бетонов в строительстве Республики Казахстан и странах СНГ.

2. Выполнены расчеты по составам легких бетонов в области плотностей кг/м3 не содержащих пористый заполнитель. Показано, что для получения мелкозернистых бетонов с плотностью кг/м3 необходимо цементное тесто поризовать, а количество мелкого заполнителя назначать исходя из требуемой прочности и плотности бетона.

3. Исследовано влияние плотности и объемного содержания цементного камня на прочность мелкозернистого бетона. Установлено, что для получения мелкозернистого бетона с плотностью 1200 кг/м3 необходимо использовать цементное тесто с плотностью 900 кг/м3; для получения бетона с плотностью 1400 кг/м3 – 1000 кг/м3; для получения бетона с плотностью 1600 кг/м3 – 1100 кг/м3.

4. Исследовано влияние способа поризации цементного теста на основные свойства мелкозернистого бетона. Установлено, что для мелкозернистых фибробетонов оптимальным способом поризации является введение воздухововлекающих ПАВ с частью воды затворения на второй стадии перемешивания при приготовлении мелкозернистой смеси.

5. Разработан двухстадийный способ дисперсного армирования мелкозернистой бетонной смеси, обеспечивающий резкое улучшение деформационно-прочностных характеристик, а также функциональных свойств материала. Способ заключается во введении 0,05-0,2% целлюлозных волокон «арбоцель» при приготовлении цементного теста и 0,2-0,5% полипропиленовых волокон при приготовлении бетонной смеси. Микроволокна арбоцель армируют цементное тесто, а полипропиленовые волокна – бетонную смесь.

6. Определен оптимальный зерновой состав заполнителя для каждого из значений плотности мелкозернистого бетона: для плотности бетона 1200 кг/м3 содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 32-92%; фракции 0,63-2,5 мм — 0-85%; фракции 2,5-5 мм — 0-71%; для плотности бетона 1400 кг/м3 содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 0-77%; фракции 0,63-2,5 мм — 0-50%; фракции 2,5-5 мм — 0-22%; для плотности бетона 1600 кг/м3 содержание фракции 0,14-0,63 мм составляет 0-31%; фракции 0,63-2,5 мм — 0-89%; фракции 2,5-5 мм — 2-68%.

7. Разработаны технологические режимы приготовления поризованной мелкозернистой фибробетонной смеси. Экспериментально установлена технологическая целесообразность приготовления вначале цементного теста с целлюлозным волокном в турбулентном смесителе с высокооборотным перемешивающим органом, затем подачу трехфракционного заполнителя с частью воды затворения содержащего воздухововлекающее ПАВ и полипропиленовое волокно в тесто и продолжение перемешивания до получения однородной поризованной смеси.

8. Изучены физико-механические и деформационные свойства поризованных мелкозернистых фибробетонов. Класс по прочности на сжатие при плотности 1200; 1400 и 1600 кг/м3 составляет соответственно В10; В15 и В20, морозостойкость соответствует марке F100, теплопроводность – 0,31-0,47 Вт/(м·оС).

9. Разработана технологическая схема производства поризованного мелкозернистого фибробетона и даны рекомендации по основному технологическому оборудованию.

10. Опытно-производственные испытания по опробованию технологии и составов подтвердили достоверность результатов лабораторных исследований и возможность получения в производственных условиях изделий из мелкозернистого фибробетона для применения при устройстве наружных стен строящихся зданий и сооружений.

11. Выполнен расчёт технико-экономической эффективности получения и применения поризованных мелкозернистых фибробетонов. Показано, что за счет комплексных технологических мероприятий и исключения процесса тепловой обработки достигается экономия в размере 450 тенге на 1 м3 бетона.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель, включая разработку технологии и составов, а также исследование свойств поризованного мелкозернистого фибробетона, проведение опытно-промышленных испытаний характеризуется полнотой решения данной проблемы.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Полученные результаты, научные положения и выводы могут быть использованы специалистами строительной индустрии, работниками ВУЗов, НИИ, представителями малого и среднего бизнеса при организации производства по выпуску изделий, а также при проведении работ по изготовлению конструкций по монолитной технологии на основе на основе поризованного мелкозернистого фибробетона.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Результаты исследований можно использовать непосредственно для внедрения в производство. Опытно-производственное опробование технологии подтвердило технико-экономическую эффективность применения поризованного мелкозернистого фибробетона.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Научная новизна диссертации, обзор литературы, а также полученные научно-технические результаты свидетельствуют о соответствии выполненной работы современному уровню. Основным результатом является установление возможности получения и применения изделий, а также монолитных конструкций на основе поризованного мелкозернистого фибробетона.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 , Садуакасов армирование при получении поризованных цементных материалов // Вестник НИИстромпроекта.- 2010.- №– С. 161-164.

2 , Садуакасов состава мелкозернистого фибробетона // Вестник НИИстромпроекта.- 2010.- №– С. 145-147.

3 , , Нурмаганбет мелкозернистые бетоны для сейсмостойкого строительства // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, май 2010.- С.57-61.

4 Жаутиков зол ТЭС в технологии мелкозернистых бетонов // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, июнь 2010. — С.57-59.

5 , Жаутиков толщины изоляционного слоя при применении для утепления керамзитобетонной и пенобетонной стены минераловатной плиты // Наука и инженерное образование без границ: материалы Междунар. форума.- Алматы: КазНТУ им. К. Сатпаева, 2010.- Т.2.- С. 203-205.

6 , Садуакасов эффективность устройства наружных и внутренних стен из различных материалов // Современные проблемы геотехники, механики и строительства транспортных сооружений: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Алматы, 2010. — С. 271-275.

7 , Жаутиков подготовки керамзита для получения высокопрочного бетона // Новые энерго — и ресурсосберегающие технологии в производстве строительных материалов: материалы Междунар. научно-техн. конф.- Пенза, 2009. — С. 58-59.

8 , Жаутиков поризованный фибробетон – перспективный материал для получения архитектурных конструкций сложной формы // Промышленный Казахстан. – 2010.- № 8.- С.16.

ТҮЙІН

Жаутиков Ерғазы Жанабайұлы

Кеуектелінген майдатүйікшікті бетондардың құрамдары мен қасиеттері

05.23.05 – Құрылыс материалдары және бұйымдары

Зерттеу нысаны. Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетон.

Жұмыстың мақсаты. Физика-механикалық және функциональды қасиеттері жоғары және орташа тығыздығы кг/м3 кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетондардың технологиясын жасау, құрамдарын тиімдеу және қасиеттерін зерттеу.

Зерттеу тәсілдері. Зерттеулерді жүргізу барысында негізінен зерттеудің стандартты әдістемелері қолданылды.

Жұмыс қорытындылары. Қазақстан Республикасы мен ТМД елдерінііндегі майдатүйікшікті бетондар аясында жүргізілген ғылыми зерттеулер мен оларды өндіру және қолданудың қазіргі жағдайы сараланды.

Кеуек толтырғышсыз, тығыздығы кг/м3 шамасындағы жеңіл бетонның құрамын есептеу орындалды. Тығыздығы кг/м3 майдатүйікшікті бетон алу үшін цемент қамырын кеуектендіру қажеттігі, ал майда толтырғыштың мөлшерін бетонның тағайындалған беріктігі мен тығыздығына сәйкес алу қажеттігі көрсетілді.

Цемент тасының тығыздығы мен көлемдік құрамының майдатүйікшікті бетонның беріктігіне ықпалы зерттелді. Тығыздығы 1200 кг/м3 майдатүйікшікті бетон алу үшін тығыздығы 900 кг/м3 болатын цемент қамырын; тығыздығы 1400 кг/м3 бетон үшін – 1000 кг/м3; ; тығыздығы 1400 кг/м3 бетон үшін – 1100 кг/м3 цемент қамырын алу қажеттілігі анықталды.

Цемент қамырын кеуектендіру тәсілдерінің майдатүйікшікті бетонның негізгі қасиеттеріне әсері зерттелді. Майдатүйікшікті араласпаны дайындау барысында екінші кезеңдегі араластыру мерзімінде қосылатын судың бір бөлігімен қоса ауа енгізетін ББЗ қоспасын енгізу, майдатүйікшікті фибробетондар үшін ең тиімді тәсіл екені дәлелденді.

Материалдың деформациялық-беріктік және функциональдық қасиеттерінің едеуір жақсаруын қамтамасыз ететін, майдатүйікшікті бетон араласпасын дайындаудың екі кезеңдік тәсілі жасалынды. Бұл тәсіл цемент қамырын дайындау барысында 0,05-0,2 % «арбоцель» целлюлоза талшықтарын және бетон араласпасын дайындау кезінде 0,2-0,5 % полипропилен талшықтарын қосуға негізделінген. Арбоцель микроталшықтары цемент қамырын. ал полипропилен талшықтары бетон араласпасын шегендейді.

Негізгі конструктивтік, технологиялық және техникалық пайдалану сипаттамалары. Майдатүйікшікті бетонныың әрбір тығыздық көрсеткішіне арналған толтырғыштың тиімді түйіршіктік құрамы анықталды: тығыздығы 1200 кг/м3 бетонға 0,14-0,63 мм фракция 32-93 %, 0,63-2,5 мм фракция 0-85%, 2,5-5 мм фракция -0-71 %; тығыздығы 1400 кг/м3 бетонға 0,14-0,63 мм фракция 0-77 %, 0,63-2,5 мм фракция 0-50 %, 2,5-5 мм фракция – 0-22 %; тығыздығы 1600 кг/м3 бетонға 0,14-0,63 мм фракция 0-31%, 0,63-2,5 мм фракция 0-89 %, 2,5-5 мм фракция –2-68 %.

Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетондарды дайындаудың технологиялық тәртібі жасалынды. Алғашқыда жоғары айналымды араластыру тетігі бар турбулентті араластырғышта цемент қамыры мен целлюлоза талшығын араластыру, одан соң үш фракциялық толтырғыш және судың бір бөлігімен қоса ауа енгізетін ББЗ қоспа және полипропиленді талшық қосылып біркелкі кеуектелінген майдатүйікшікті бетон алынғанша араластырылады.

Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетонның физика-механикалық және деформациялық қасиеттері зерттелді. Тығыздығы 1200; 1400 және 1600 кг/м3 бетонның сығуға беріктігі бойынша класы В10; В15 және В20, аязға төзімділігі F 100, жылуөткізгіштігі – 0,31-0,47 Вт/(м·°С).

Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетон өндірісінің технологиялық схемасы жасалынды және негізгі технологиялық қондырғылар бойынша кеңес берілді.

Өндіріске енгізілу дәрежесі және қолданылу аймағы. Үсынылған технология мен бетон құрамдарын тәжрибелік-өндірістік байқау лабораториялық зерттеу нәтижелерінің дұрыстығын және гимататтардың сыртқы қабырғаларын тұрғызуға арналған кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетон бұйымдарын өндірістік жағдайда алу мүмкіндігін дәлелдеді.

Экономикалық және экологиялық тиімділігі. Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетонды өндірудің және қолданудың технико-эономикалық тиімділігі есептелді. Кешенді технологиялық шаралар енгізу және жылумен өңдеу процесін қолданбау 1 м3 бетоннан 450 теңге үнемдейді.

Зерттеу нысанының даму болашағы. Кеуектелінген майдатүйікшікті фибробетонды қабырғалық және әрлі конструкцияларды монолитті тәсілмен дайындауға немесе құрылыс бұйымдарын жасау үшін өндіріске енгізуге толық болады.

RESUME

Zhautikov Yergazy Zhanabaiuly

Compositions and qualities of porous fine-grain concretes

05.23.05 – Building materials and products

The object of the research: Porous fine-grain fibre concretes.

Aim of the work. The development of technology, compositions and study of porous fine-grain fibre-concretes with mean density kg/m3 and high physical-mechanical and functional qualities.

Methods of conducting of the work. In this work mainly the standard methods of investigation were used.

Main results of the work. The condition of production and using and also scientific investigations in sphere of fine-grained concrete in construction of Republic of Kazakhstan and CIS are analyzed.

Calculations on light concrete compositions ( kg/m3) not containing porous filler are conducted. It is shown that for preparing such concrete it is necessary to make cement paste porous and quantity of fine filler must be taken so that given strength and density may be got.

The effect of density and volume content of cement rock on fine-grain concrete strength is studied. It is stated that for preparing of fine-grain concrete with density 1200 kg/m3 it is necessary to use cement paste with density 900 kg/m3; for concrete with density 1400 kg/m3 -1000 kg/m3; for concrete with density 1600 kg/m3 – 1100 kg/m3.

Effect of method of cement paste porization on main qualities of fine-grained concrete is studied. It is stated that for fine-grained fibre-concretes the optimal method of porization is the introduction of air attracting PAV with part of water on the second stage of mixing in the process of fine-grained mixture preparing.

Double-stage method of dispersed arming of fine-grain concrete mixture supplying the sharp improvement of deformative-strength characteristics and functional qualities of material is investigated. The method include the introduction of 0,05-0,2 % of cellulose fibres “arbotcel” in preparing of cement paste and 0,2-0,5 % of poly-propene fibres in preparing of concrete mixture. Micro-fibres “arbotsel” are armouring the cement paste and poly-propene fibres – concrete mixture.

The optimal grain composition of filler for each density of fine-grained concrete is defined: for concrete with density 1200 kg/m3 the content of fraction 0,14-0,63 mm is 32-92 %; fraction 0,63-2,5 mm – 0-85 %; fraction 2,5-5 mm –

0-71%; for concrete with density 1400 kg/m3 – 0,14-0,63 mm – 0-77%; 0,63-2,5 mm – 0-50 %, 2,5-5 mm%; for concrete with density 1600 kg/m3 – 0,14-0,63 mm – 0-31 %, 0,63-2,5 mm -0-89 %, 2,5-5 mm – 2-68 %.

Technological regimes of porous fine-grain fibre-concrete mixture are developed. The technological practicability of firstly preparing of cement paste with cellulose fibres in turbulent mixer wit high circulating mixing organ and then the introduction of three fractional filler with part of water containing the air attracting PAV and poly-propene fibres in paste and continuation of mixing until preparing the homogeneous porous mixture is experimentally stated.

Physical-mechanical and deformative qualities of porous fine-grain fibre-concretes are studied. Mark of concrete on comprehensive strength with density 1200; 1400 and 1600 kg/m3 is B10; B15 and B20, frost resistance correlate to mark F100, heat conductivity is 0,31-0,47 Vt/(m. oC).

The technological scheme of porous fine-grain fibre-concrete is developed and recommendations on main technological equipment are given.

Introduction of work. Experimental-productive tests of technology and compositions confirmed validity of results of laboratory studies and the possibility of preparing in productive conditions of products from fine-grain fibre-concrete for external walls in construction of buildings and constructions.

Economical effect of the work. Technical-economical calculation of preparing and sing of porous fine-grain fibre-concretes is conducted. It is shown that due to complex technological actions and exclusion of process of heat treatment the economy on level 450 tenge for 1 m3 of concrete is got.

Level of readiness for introduction. The work is ready for introduction and may be realized by building production output on porous fine-grain fibre-concrete and also may be used in monolithic technology in preparing of wall and decorative constructions.

Подписано к печати «27 » сентября 2010 г.

Формат 60х84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная.

Объем 1,2 п. л.

________Тираж 100 экз. Заказ № 000_______________

Типография АО «НЦ НТИ»