Изложить требования к исходным материалам для получения высокопрочного бетона с суперпластификаторами.

Высокопрочный бетон прочность 60-100 МПа, получают, используя цемент высоких марок, промытого песка и щебня прочностью не ниже 100 МПа.

Высокопрочный бетон приготовляют с низким водоцементным соотношением (ВЦ) = 0,3-0,35 и ниже (смеси жесткие или малоподвижные) в бетономесителях принудительного действия. Для укладки смесей и формования изделий используют интенсивное уплотнение: вибрирование с пригрузом, двойное вибрирование и др.

Для приготовления высокопрочного бетона применяют различные способы повышения активности цемента и качества бетонной смеси (домол ивиброактивация цемента, виброперемешивание, применение суперпластификаторов и др.) и принимают высокий, иногда предельно допустимый расход цемента.

Хорошо зарекомендовало себя, в получении высокопрочных бетонов, вяжущее с низкой водопотребностью (ВНВ), которое получают совместным помолом высокомарочного портландцемента и суперпластификатора С–3. Бетоны на основе ВНВ имеют прочность при сжатии более 100…120 МПа. При бетонировании массивных сооружений целесообразно применять цементы с пониженным содержанием С₃S и особенно С₃А, лучше всего белитовые. Такие цементы твердеют постепенно, в течение длительного срока, обеспечивая высокую конечную прочность бетона. Максимально допустимый расход цемента в высокопрочном бетоне для массивных сооружений не должен превышать при применении белитового портландцемента 450 кг/м³, а обычного портландцемента 400 кг/м³. В других случаях максимально допустимый расход цемента в высокопрочном бетоне не должен превышать 500 кг/м³. Увеличение расхода цемента свыше указанных пределов неэффективно для повышения прочности бетона, так как она возрастает незначительно. Это хорошо видно на рисунке на котором показано увеличение предела прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток на 1 кг добавочного цемента в зависимости от общего расхода цемента.

Для высокопрочного бетона заполнители должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью. В качестве крупного заполнителя следует применять фракционированный щебень из плотных и прочных горных пород. Предел прочности при сжатии исходных каменных пород должен быть у изверженных не менее 100 МПа и у осадочных 80 МПа. Песок высокопрочных бетонов должен иметь пустотность менее 40 %.

Высокопрочные бетоны являются, как правило, и быстротвердеющими. Однако для ускоренного достижения отпускной прочности бетона в изделиях обычно требуется тепловая обработка, которая может проводиться по сокращенному режиму. Новые особо быстротвердеющие цементы дают возможность обойтись без тепловой обработки, так как бетон достигает нужной прочности в «естественных» условиях твердения при температуре 20-25°С.

Также высокопрочные бетоны являются еще и быстротвердеющими. Чтобы добиться повышенного ускорения прочности бетона в изделиях обычно требуется тепловая обработка, которая можно провести по сокращенному режиму. Разработанные быстротвердеющие цементы позволяют обходиться без тепловой обработки, ввиду того, что способны достичь необходимой прочности в нормальных условиях твердения.

По прочности на осевое растяжение проектные марки тяжелого бетона могу быть следующего вида: от 10 до 40 с шагом 5. Наиболее высокое сопротивление растяжению мы можем наблюдать у дорожного, аэродромного и других специальных бетонов.

Тяжелый (или высокопрочный) бетон имеет хорошее сопротивление износу поверхности, что является основополагающим фактором для цементно-бетонных дорог и полов промышленных зданий. Благодаря хорошим защитным свойствам против радиоактивных излучений, высокопрочный бетон находит широкое применение в конструкциях биологической защиты атомных реакторов.

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

В современных условиях возможно получать высокопрочные бетоны с прочностью 50...100 МПа и особо высокопрочные с прочностью более 100 МПа. На практике более широкое применение получили высокопрочные бетоны с прочностью 50 ... 80 МПа. Для получения высокой прочности необходимо создать особоплотную, прочную и монолитную структуру бетона. Этого можно достигнуть при выполнении ряда условий, вытекающих из физических основ структурообразования бетона: 1) применением высокопрочных цементов и заполнителей; 2) предельно низким водоцементным отношением; 3) высоким предельно допустимым расходом цемента; 4) применением суперпластификаторов и комплексных добавок, способствующих получению плотной структуры бетона; 5) особо тщательным перемешиванием и уплотнением бетонной смеси, 6) созданием наиболее благоприятных условий твердения бетона.

Для высокопрочных бетонов следует принять цементы активностью >50 МПа желательно с низкими значениями нормальной густоты. В зависимости от назначения бетона для его приготовления целесообразно использовать цемент определенного минералогического состава. При изготовлении сборных железобетонных изделий небольших и средних размеров применяют высокопрочные тонкомолотые портландцементы с повышенным содержанием C3S и С3А и быстротвердеющие цементы Для массивных изделий и конструкций, изготовляемых на полигонах без тепловой обработки, рекомендуется применять цементы с пониженным содержанием СзА и ограниченным содержанием C3S (менее 50%), лучше всего белитовые. Такие цементы твердеют в течение длительного срока, обеспечивая высокую конечную прочность бетона. В первые сутки твердения тепловыделение и усадка цемента небольшие и соответственно объемные деформации и вредные собственные напряжения и в бетоне также невелики. Для обеспечения более равномерного твердения могут также использоваться пластификаторы и замедлители твердения

Заполнители для высокопрочного бетона должны быть чистыми и обладать хорошим зерновым составом и малой пустотностью, не содержать по возможности слабых зерен. Предел прочности крупного заполнителя должен быть на 20 % выше заданной прочности бетона.

Существенное значение для технологии бетона имеет тот факт, что при низких В/Ц нарушается закон постоянства водопотребности бетонной смеси, т. е. при увеличении расхода цемента свыше 400 кг/м3 приходится для получения равноподвижных смесей увеличивать одновременно и рас ход воды, чтобы компенсировать резкое повышение вязкости цементного теста. Соответственно возрастает расход цемента, что приводит к ухудшению структуры бетона, увеличению тепловыделения и усадки, к росту вредных внутренних напряжений и деструктивных явлений. В результате снижается эффективность использования цемента.

Для гарантированного получения плотной и прочной структуры расход цемента в высокопрочном бетоне ограничивают: для сборных железобетонных изделий малых и средних размеров максимально допустимый расход цемента 550 кг/м3, для изделий большой массивности — 450 кг/м3. В высокопрочных бетонах следует особо уделять внимание снижению расхода цемента, так как при прочих равных условиях это способствует получению более плотной и менее дефектной структуры бетона и повышению его прочности. Для снижения расхода цемента используют 1) применение более высокопрочных цементов, повышение их активности механическим или химическим путем (домол с добавкой 2 ... 3 % гипса или с комплексной добавкой на основе суперпластификаторов по удельной поверхности 4000 ... 5000 см2, ак- тивациг в специальных установках, введение крентов); 2) применение специально подобранной смеси заполнителей с минимальной пустотностью и водопотребностыо; 3) введение в бетонную смесь суперпластификаторов и комплексных добавок; I) назначение класса бетона, если это возможно, по его прочности в большем возрасте, чем 28 сут.

Введение суперпластификаторов особенно эффективно снижает расходы цемента, так как этому способствуют не только резкое повы подвижности и улучшение уплотняемости бетонной смеси, но и тот факт, что в этом случае постоянство водопотребности сохраняется при высоких расходах цемента (до 550 кг/м3), г. е. в этом случае не требуется дополнительного расхода цедента для компенсации повышенной вязкости бетонной смеси. В результате повышается эффективность использования цемента а высокопрочных бетонах.

Наилучшими условиями для твердения высокопрочного бетона являются нормальные (температура 20 ... 25°С, влажность 100%). С повышением температуры и особенно при тепловой обработке в твердеющем бетоне возникают градиенты температуры и влажности, приводящие к миграции влаги, к температурно-влажностным деформациям и неравномерной усадке цементного камня. В результате увеличиваются деструктивные явления, поэтому при применении для ускорения твердения высокопрочного бетона тепловой обработки необходимо применять более длительную предварительную выдержку, очень мягкие режимы : постепенным подъемом и спуском температуры, снижать температуру прогрева до 50 ... 60°С, обеспечивать высокую влажность среды. Не следует назначать слишком длительных режимов прогрева, ограничивая его продолжительность моментом, когда прочность бетона достигнет 50 ... 70 % его класса. В этом случае высокопрочные бетоны удовлетворительно твердеют в дальнейшем. Оптимальные режимы прогрева назначают по результатам предварительных опытов.

При соблюдении рассмотренных условий прочность бетона может превысить марку цемента в 1,5 ... 1,7 раза. Применение высокопрочного бетона позволяет сократить массу и материалоемкость железобетонных изделий.