Цупиков С.Г. (ред.) Справочник дорожного мастера

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 6.4.1. Зависимость прочности бетона от активности цемента и водо-

цементного отношения

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие,

осевое растяжение, растяжение при изгибе. Ведущим показателем прочности бетона и его

механических свойств является класс бетона. Класс бетона характеризует предел

прочности при сжатии бетонных кубов размером 151515 см в возрасте 28 суток при

твердении в нормальных условиях (температура 18...20°С и относительная влажность

окружающей среды 90...100 %). Для тяжелых (дорожных) бетонов стандартом

установлены следующие классы по прочности на сжатие (табл. 6.4.1).

Таблица 6.4.1

Требования к дорожному бетону [65]

Дорожные покрытия

Класс бетона по прочности

на растяжение при изгибе на сжатие

Однослойные и верхним слон 4,0; 4,5; 5,0; 5,5 30, 3, 40 и 45

Нижний слой двухслойных покрытий и

оснований

3,5; 4,0; 4,5 25, 30 и 5

Основания усовершенствованных

капитальных покрытий

2,0; 2,5; 3,0; 3,5 10, 15, 20 и 25

При расчете бетонных покрытий и оснований в качестве расчетной

прочности бетона принимают предел прочности на растяжение при изгибе.

Марка бетона при изгибе определяется прочностью при изломе

неармированных бетонных балочек размером 151550 см

сосредоточенными силами.

Предел прочности при изгибе R

изг

и предел прочности при сжатии R

сж

связаны зависимостью

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.2)

где  = 0,6...0,7.

Соотношение Zколеблется в пределах 6...10.

Деформация бетона. Бетон является упруго-вязко-пластичным

материалом, вследствие этого, при некоторой длительности действия

механической нагрузки, в образце, наряду с упругими, возникают и вязко-

пластические деформации.

Упругие деформации характеризуются полной упругой деформацией, а

также модулем упругости

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.3)

где R

сж

- предел прочности бетона при сжатии, МПа.

С изменением влажности бетон претерпевает объемные изменения, если

постоянно бетон находится во влажной среде, постепенно увеличивается его

объем - набухание. И, наоборот, с уменьшением влажности происходит

усадка. Повышенная усадка характерна для бетонов с большим содержанием

цемента и водоцементным отношением (В/Ц > 0,6).

Коэффициент температурного расширения при сжатии изменяется в

зависимости от состава бетона и его влажности. Для практических целей

можно принять коэффициент температурного расширения бетона равным

10·10

-6

на 1°С. При оценке температурных деформаций в больших массивах

обычно принимают половину значения указанного коэффициента, полагая,

что остальная часть компенсируется ползучестью бетона. Температурные

деформации бетона создают напряжения в плитах дорожных одежд и могут

вызвать трещины. Для устранения этого явления в бетонных покрытиях

устраивают температурные швы.

Долговечность и морозостойкость характеризуют длительность

воздействия погодно-климатических, физико-химических и механических

факторов, при которых свойства бетона не ухудшаются больше допустимых

пределов. К бетонным элементам конструкций предъявляют требования по

морозостойкости, которую определяют путем замораживания образцов до -

15...-20°С и последующего оттаивания в воде при 15...20°С. Образцы

испытывают после 28 суток после пропаривания.

За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов

попеременного замораживания и оттаивания, при котором прочность

образцов уменьшается не более чем на 15 % по сравнению с прочностью

образцов, испытанных в эквивалентном возрасте и без потери по массе более

5 %. По показателям морозостойкости бетоны делятся на марки F50; F75;

F100; F150; F200; F300; F400 и F500.

Бетон - пористый материал, и, если все поры в нем будут заполнены водой,

он разрушится уже при первом цикле замораживания вследствие

возникновения больших растягивающих напряжений из-за образования льда,

объем которого на 9 % больше объема воды.

Морозостойкость бетона зависит от водо-цементного отношения, вида и

активности цемента, условий твердения и возраста бетона к моменту

замораживания, плотности бетона, качества песка и щебня. Для

морозостойких бетонов водо-цементное отношение принимают не более 0,5

и применяют портландцементы с содержанием алюмината С

А меньше 8 %.

Повышают морозостойкость гидрофобные воздухововлекающие добавки,

способствующие образованию условно-замкнутых пор с гидрофобной

поверхностью, которые в обычных условиях не заполняются водой и служат

резервными порами, куда отжимается вода при замораживании бетона.

Бетон разрушается и под влиянием физико-химического воздействия

факторов среды. Коррозия зависит главным образом от коррозийной

стойкости цементного камня. Чем больше поверхность (внешняя и

внутренняя) бетона, соприкасающаяся с агрессивной газообразной или

жидкой средой, тем энергичнее коррозия бетона. Электрический ток

разрушает влажный бетон, вызывая электролиз составляющих цементный

камень.

Для придания коррозийной стойкости бетону необходимо применять

цементы, соответствующие агрессивности среды: шлаковый

сульфатостойкий или глиноземистый, а в отдельных случаях

кислотоупорный. Следует придавать большую плотность бетону, защищать

его поверхность от проникновения газов и воды с растворенными

агрессивными веществами, затирая поверхность изделия раствором жидкого

стекла с последующей обработкой хлористым кальцием и покрывая эту

поверхность битумом или дегтем, пленкообразующими или

высокомолекулярными веществами.

6.4.1. Свойства бетонной смеси

Бетонная смесь - это рационально подобранная, хорошо перемешенная

жесткая или пластичная масса, из компонентов, входящих в состав бетона.

В числе требований, предъявляемых к бетону, существенную роль играют

жесткость и подвижность бетонной смеси. В зависимости от состава смеси

различают:

- подвижные смеси, представляющие собой пластичную массу, которая

заполняет форму под действием силы тяжести и при небольшом

механическом воздействии;

- жесткие смеси имеют вид рыхлой массы, в которой зерна заполнителя

связаны между собой густым цементным клеем, поэтому при укладке в

форму и уплотнении требуется механическое воздействие на бетонную

смесь.

Жесткость (удобоукладываемость) подвижных смесей определяется по

осадке их под действием силы тяжести после формования в стандартном

металлическом конусе (рис. 6.4.2). Характеристикой жесткости

(удобоукладываемости) пластичных смесей служит величина осадки конуса в

см.

Рис. 6.4.2. Форма-конус для определения подвижности бетонной смеси:

1 - металлический конус, 2 - ручки для съема конуса, 3 - полочки для

удержания конуса на месте при формовании

В жестких смесях конус не осаждается. В малоподвижных смесях осадка

конуса может быть от 1 до 4 см, в подвижных - от 5 до 12 см, в литых - более

15 см.

Удобоукладываемость жестких смесей определяют путем вибрирования

свежесформированного бетонного конуса в специальном приборе -

вискозиметре (рис. 6.4.3). При этом вискозиметр устанавливают на

виброплощадку, а установленную в нем форму конуса заполняют

испытываемой смесью.

Рис. 6.4.3. Вискозиметр для определения степени удобоукладываемости

бетонной смеси:

1 - цилиндрический сосуд, 2 - кольцо, 3 - кольцо 4 - конус, 5 - насадка, 6 -

штанга

После снятия формы включают механизм виброплощадки. Под действием

вибрации бетонная смесь приобретает свойства тяжелой жидкости. Она

начинает растекаться и проникает из внутреннего кольца в пространство

между стенками сосуда и кольца.

Время вибрации в секундах, потребное на то, чтобы уровень бетонной

смеси в кольце и пространстве между кольцом и формой стал одинаковым,

служит мерой удобоукладываемости (жидкости) бетонной смеси. При этом

стандартными характеристиками виброплощадки являются частота

колебаний и амплитуда.

Показатели удобоукладываемости различных видов бетонных смесей

приведены в табл. 6.4.2.

Таблица 6.4.2

Показатели удобоукладываемости

Вид бетонной смеси Осадка конуса, см Жесткость, с

Особо жесткая 0 Более 200

Жесткая 0 60...150

Малоподвижная 1...4 45...15

Подвижная 3...8 10...0

Весьма подвижная 10... 12 -

Текущая (литая) 15...18 -

При решении вопроса о том, какие смеси более целесообразны - подвижные или жесткие,

предпочтение следует отдавать последним. Их преимущество заключается в том, что

благодаря меньшему содержанию воды при одинаковом расходе цемента (по сравнению с

подвижными смесями) повышается прочность бетона. Хорошо уплотненный жесткий

бетон более долговечен. Кроме того, сокращаются сроки набора прочности бетоном.

6.4.2. Расчет состава бетона

Основная цель расчета состава - определение полного соотношения

составляющих, которое обеспечит требуемые свойства бетонной смеси и

бетона при минимальном расходе цемента. Выбрав материалы надлежащего

качества, рассчитывают состав - расход цемента, воды, песка и щебня на 1 м

бетона. Исходными данными являются заданная марка бетона R

и требуемая

подвижность ОК (осадка конуса) или удобоукладываемость смеси. В

необходимых случаях задаются показатели морозостойкости,

водонепроницаемости и другие свойства бетона.

Состав тяжелых и дорожных бетонов рассчитывают по методу

абсолютных объемов (разработан проф. Б.Г. Скрамтаевым), который

сводится к решению следующих четырех уравнений с четырьмя

неизвестными - расход воды В (л), цемента Ц (кг), песка П (кг) и щебня Щ

(кг). Ориентировочные дозировки поверхностно-активных добавок

назначают от массы цемента. Для сульфитно-спиртовой барды (ССБ) - 0,2 %,

абиетина натрия (СНВ) - 0,02 %.

1. Зависимость прочности бетона от его структуры и активности цемента

= A

·A

·K·(Ц/B - С)R

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.4)

Решая это уравнение, определяют

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.5)

Коэффициенты К, С, А

, А

определяют по табл. 6.4.3...6.4.5.

Таблица 6.4.3

Значение коэффициентов К, С, зависящих от свойств цемента технологии приготовления

цементобетонной смеси

Коэффициенты

Цемент испытывался в растворе пластичной консистенции

сжатие изгиб растяжение

0,58

0,50

0,42

0,30

0,21

0,30

Таблица 6.4.4

Численные значения коэффициента А

, учитывающего влияние макроструктуры

Щебень

при сжатии А

при изгибе

пластичные

смеси

жесткие смеси пластичные смеси жесткие смеси

Известняковый и шлаковый щебень 1,08 1,13 1,17 1,22

Фракционированный гранитный

щебень

1,08 1,13 1,08 1,13

Фракционированный гравии 1,00 1,05 1,00 1,05

Таблица 6.4.5

Численные значения коэффициента А

, учитывающего влияние мезоструктуры

Песок

при сжатии и водопотребности песков,

при изгибе

7...9 9...12

Искусственный (высевки) 1,10 1,05 1,15

Чистый кварцевый 1,00 0,95 1,00

С сильно окатанными зернами, а также

загрязненный

0,95 0.90 0,93

Материалы для бетона должны соответствовать требованиям ГОСТов, СНиПов,

эксплуатационным условиям работы изделий. Материалы выбирают с учетом

особенностей технологического процесса. В ряде случаев, чтобы обеспечить это

соответствие, вносят коррективы в выбор исходных материалов или в технологию

производства бетонных изделий.

2. Определяют водоцементное (В/Ц) отношение в зависимости от

марочной прочности бетона. Для дорожных бетонов, используемых для

устройства покрытий, водоцементное отношение принимают равным 0,5, а

для оснований - 0,6. Зная В/Ц и расход цемента (320...350 кг/м

), определяют

расход воды

В = Ц:В/Ц, ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.6)

3. Сумма абсолютных объемов исходных материалов в 1 м

бетона близка

к 1000 л, поэтому пренебрегая содержанием воздуха в смеси принимают

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ (6.4.7)

где Ц, В, П, Щ - расход цемента, воды, песка, щебня, кг/м

;



- соответственно плотность цемента, воды, песка и щебня, кг/

4. Абсолютный объем пустот в щебне равен абсолютному объему

растворной составляющей с некоторым избытком, т.е.

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ Z(6.4.8)

где



ощ

- объемная (насыпная) плотность щебня, кг/дм

;

- пустотность щебня в относительных величинах, равная 0,4...0,45;

 - коэффициент раздвижки зерен щебня.

Решая совместно уравнения 6.4.7 и 6.4.8, определяют потребность щебня и

песка на 1 м

цементобетонной смеси.

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ Z(6.4.9)

ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ Z(6.4.10)

Рассчитываемый состав бетона уточняют экспериментальным путем,

определяют в пробных замесах подвижность (удобоукладываемость) смеси, а

также в установленные сроки прочность стандартных бетонных образцов,

изготовленных из рассчитанной смеси.

В производственных условиях при водоцементном отношении 0,6,

соотношение составляющих бетона можно принять как

цемент : песок : щебень = 1 : 2 : 4.

В процессе приготовления цементобетонной смеси необходимо учитывать

естественную влажность щебня и песка.

6.5. Органические вяжущие материалы

Сырьем для производства органических вяжущих материалов являются:

нефть, каменный уголь, горючие сланцы. Фракционная разгонка такого

сырья дает наряду с ценными продуктами - смолообразные остатки. После

дополнительной переработки которых получают органические вяжущие.

Органические вяжущие должны обеспечивать:

- хорошее обволакивание минеральных частиц;

- хорошее сцепление, позволяющее связывать минеральные частицы в

прочный монолит;

- водоустойчивость и стабильность (не изменять своих свойств) в процессе

службы в покрытиях.

Битумы бывают природные, нефтяные, сланцевые. Дегти -

каменноугольные, торфяные, древесные. По главным строительным

свойствам и консистенции органические вяжущие условно делят на

следующие группы:

- твердые битумы и дегти при 20...25С обладают вязко-упругими

свойствами, а при 120...180С приобретают подвижность;

- вязкие битумы и дегти при 20...25С обладают вязкими и пластичными

свойствами, а при 120...180С приобретают текучесть;

- жидкие битумы и дегти при 20...25С - текучие. По мере испарения

летучих углеводородов затвердевают и приобретают свойства близкие к

вязким битумам.

Примерный групповой состав битума:

масла 40...60 %;

смолы 20...40 %;

асфальтены 10...25 %;

карбены и карбоиды 1...3 %.

Масла - вещества светло-желтого цвета. Масла придают вяжущему

подвижность, текучесть, увеличивают испаряемость и снижают температуру

размягчения.

Смолы - легкоплавные, вязко-пластичные вещества, их содержание в

вяжущем обуславливает его растяжимость и эластичность.

Асфальтены - твердые неплавкие вещества с плотностью более 1000 кг/

. Они обеспечивают температурную устойчивость, вязкость и

твердость(хрупкость) битума.

Карбены по составу похожи на асфальтены, но содержат больше углерода,

имеют большую плотность и более темный цвет. Их содержание повышает

вязкость и хрупкость.

Карбоиды - твердые вещества типа сажи, нерастворимы в органических

растворителях.

Парафин - содержание зависит от исходного сырья и должно быть менее

3,5 %. Большее содержание снижает растяжимость и повышает температуру

затвердевания.

Примерный групповой состав каменноугольных дорожных дегтей:

дегтевые масла - 60 ... 80 %;

смолы - 15...25 %;

нафталин - 7 %;

антрацен - 10 %;

фенолы - 5 % - ядовиты.

Физико-химические свойства органических вяжущих. Реологические

свойства (рео - течь) - это наука о течении деформации реальных тел.

Вязкость (вязких и твердых) битумов. Для характеристик вязкости

пользуются условным показателем - глубиной проникания стандартной иглы

(пенетрацией) при действии на нее груза 100 г в течение 60 с при

температуре 25С. Глубину проникания определяют на пинетрометре. Она

выражается в градусах (1 = 0,1 мм) и обозначается П

. Например,

пенетрация дорожного вязкого битума П

= 40...300.

Растяжимость битумов определяют с помощью прибора дуктилометра

путем растяжения шейки образца, имеющего форму «восьмерки». Это

испытание проводят при температуре 25 и 0°С и скорости деформации

(растяжения 0,5 см/мин.)

> 40 смZZZZZZZZZZ Д

> 1...3 см.

Когезия - характеризует прочность межмолекулярных связей. Ее

определяют на приборе, состоящем из двух пластинок, склеенных слоем

битума толщиной 10 мкм. Когезия зависит от содержания в битуме смол и

составляет для вязких битумов от 0,07 до 0,3 МПа.

Вязкость, растяжимость и когезия зависят от температуры и группового

состава битума, т.е. содержания в битуме масел, смол, асфальтенов.

Чувствительность органических вяжущих к изменению температуры

оценивают температурой размягчения и температурой хрупкости.

Температуру размягчения определяют на приборе «кольцо и шар».

Кольцо заполняют битумом, на его поверхности укладывают шарик и

помещают в подогреваемую водяную баню, по мере размягчения битума

шарик опускается на нижнюю полочку прибора. Температура размягчения

колеблется в пределах 30...50°С.

Температуру хрупкости определяют на приборе Фрааса. Тонкий слой

битума наносится на латунную пластинку и постепенно охлаждается. За

температуру хрупкости принимают показания термометра в момент

появления первой трещины на битуме при изгибании пластинки.

Температура хрупкости дорожных битумов колеблется в пределах от -20 до -

50°С. Чем ниже температура хрупкости, тем выше его качество.

Асфальтобетонные покрытия более морозостойки, на них меньше образуется

трещин.