Вопросы к экзамену на тему Технология конструкционных материалов ТКМ

Фрагмент текста работы:

1. Влияние заполнителей на деформативные свойства, усадку прочность и однородность бетона.
Прочность бетона при сжатии не может превышать прочности его заполнителя. Однако определить непосредственно фактическую прочность заполнителя при сжатии представляется весьма трудным; необходимые данные обычно получают в результате косвенных определений: прочности при сжатии исходной горной породы на специально изготовленных образцах, показателя дробимости заполнителя в естественном насыпном состоянии и поведения заполнителя в бетоне. Поведение заполнителя в бетоне может быть оценено на основании сопоставления свойств бетона на этом заполнителе и на высококачественном заполнителе, ранее испытанном в бетоне. Если применение испытываемого заполнителя приводит к более низкой прочности бетона при сжатии, а при разрушении многие зерна заполнителя оказываются разрушенными, то в этом случае считают, что прочность заполнителя ниже номинальной прочности при сжатии бетона на этом заполнителе. Такой заполнитель может быть использован только в бетонах пониженной прочности.
Недостаточная прочность заполнителя является фактором, ограничивающим прочность бетона. Свойства заполнителя оказывают определенное влияние на прочность бетона даже тогда, когда заполнитель является достаточно прочным. При сравнении бетонов, приготовленных на различных заполнителях, можно отметить, что характер влияния заполнителя на прочность бетона различного состава одинаков при сжатии и растяжении.
В основном прочность и упругость заполнителя зависит от его состава, текстуры и структуры. Таким образом, низкая прочность бетона может явиться результатом или недостаточной прочности самих зерен заполнителя или, если зерна достаточно прочные, слабого сцепления заполнителя с цементным камнем. Хотя модуль упругости заполнителя определяют редко, он является довольно важной характеристикой. Модуль упругости бетона обычно тем выше, чем выше модуль упругости его заполнителя.
Величина модуля упругости заполнителя влияет также на ползучесть и усадку бетона.
Среднее значение прочности при сжатии исходных горных пород, используемых для приготовления заполнителя, составляет около 2000 кгс/см2, хотя многие заполнители отличного качества получают из горных пород, прочность которых составляет до 800 кгс/см2. Следует отметить, что прочность заполнителя должна быть значительно выше марки бетона, так как фактические напряжения, возникающие в местах контакта отдельных зерен заполнителя в массе бетона, могут значительно превышать номинальные сжимающие напряжения в бетоне.
В то же время применение заполнителей средних или низких марок с низкими значениями модуля упругости способствует повышению долговечности бетона. Если заполнитель обладает хорошей деформативной способностью, то объемные деформации бетона, происходящие в результате изменения температурно-влажностных условий, сопровождаются пониженными напряжениями в цементном камне.
Таким образом, повышенная деформативность заполнителя уменьшает опасность разрушения бетона, в то время как использование прочного жесткого заполнителя могло бы привести к растрескиванию окружающего заполнитель цементного камня.
Следует отметить, что между прочностью и модулем упругости различных заполнителей не существует четко выраженной зависимости.
Упругие деформации бетона под нагрузкой определяются модулем упругости. Чем выше модуль упругости, тем меньше при данной нагрузке будет относительная деформация. Помимо факторов, связанных с качеством цементного камня, модуль упругости бетона зависит от содержания и качества заполнителей.
Бетон можно рассматривать как конгломерат из двух компонентов: цементного камня (раствора) и заполнителя. Каждый из этих компонентов занимает в сечении бетона определенную часть и участвует в восприятии нагрузки.
Попытаемся выразить аналитически зависимость модуля упругости бетона от модулей упругости его составляющих, приняв упрощенные структурные модели бетона, в том или ином виде используемые рядом исследователей.
Если прочность заполнителя в бетоне не всегда полностью используется и, следовательно, не всегда проявляется, то модуль упругости заполнителя непременно отражается на модуле упругости бетона.
Модуль упругости гранита и подобных ему горных пород, часто используемых для производства крупных заполнителей, составляет около 50 000 МПа, что в среднем примерно вдвое выше модуля упругости растворной части бетона. Для этого случая получили, что модуль упругости обычного (с крупным заполнителем) бетона должен на 32…35% превышать модуль упругости раствора (мелкозернистого бетона). Если обратиться к СНиП 2.03.01-84, где в результате обобщения опытных данных приведены нормативные значения модулей упругости различных бетонов, то в сопоставлении модулей упругости обычных (тяжелых) и мелкозернистых бетонов найдем подтверждение реальности выполненных расчетов.
Однако горные породы типа базальтов имеют модуль упругости около 100000 МПа. Поэтому модуль упругости бетона на базальтовом щебне выше нормируемого и более соответствует данным.
Знание закономерностей распределения напряжений при совместной работе цементного камня и заполнителей в бетоне позволяет подбором соответствующих заполнителей получать бетон с требуемыми упругими свойствами.

2. Влияние заполнителей на свойства бетонной смеси.
Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и оказывают влияние на свойства бетона его долговечность и стоимость. Введение в бетон заполнителей позволяет резко сократить расход цемента являющегося более дорогим и дефицитным компонентом. Кроме того заполнители улучшают технические свойства бетона. Жесткий скелет из высокопрочного заполнителя несколько увеличивает прочность и модуль деформации бетона, уменьшает деформации конструкции под нагрузкой, а так же ползучесть бетона — необратимые деформации, возникающие при длительном действии нагрузки. Заполнитель уменьшает усадку бетона способствуя получению более долговечного материала. Заполнитель воспринимает усадочные напряжения и в несколько раз уменьшает усадку бетона по сравнению с усадкой цементного камня. Пористые естественные и искусственные заполнители, обладают малой плотностью, уменьшают плотность легкого бетона, улучшают его теплотехнические свойства. В бетоне принимают крупный и мелкий заполнитель. Наиболее существенное влияние на свойства бетона оказывает зерновой состав, прочность и чистота заполнителя. Зерновой состав: показывает содержание зерен разной крупности. Он определяется просеиванием через стандартные сита с величиной отверстий от 0,14 до 70 мм. Различают рядовой и фракционированный заполнитель. Различают непрерывный и прерывистый зерновой состав при использовании заполнителя с прерывистым зерновым составом, увеличивается расход цемента на обмазку зерен. Кроме того смеси с прерывистым составом склонны к расслоению, что отрицательно сказывается на однородности бетона. Прочность заполнителя определяется не только прочностью горной породы, из которой он получен, но и крупностью зерен. При выветривании или дроблении породы разрушение происходит по более слабым местам структуры и с уменьшением их размера прочности как бы повышается. Большое влияние на прочность бетона оказывает чистота заполнителя. Пылевидные и особенно глинистые примеси создают на поверхности зерен заполнителя пленку препятствующую сцеплению их с цементным камнем. В результате прочность бетона значительно понижается (иногда на 30 – 40%). Крупный заполнитель должен иметь прочность на 20% больше, чем прочность бетона.

3. Влияние заполнителей на транспортирование, укладку, уплотнение и твердение бетонных смесей.
Процесс дозирования – отмеривание определенного количества материалов на замес бетоносмесителя по массе с точностью: цемент, вода, добавки ±1%, песок, щебень ±2%. Задача этого этапа технологии является точное дозирование компонентов смеси, их перемешивание для получения однородной смеси.
Дозирование заполнителей из плотных горных пород осуществляется по массе, пористых – по объему.
Процесс перемешивания – технология также зависит от свойств заполнителя. Если крупный заполнитель тяжелее цементного теста или растворной части, то необходимо применять при подвижных смесях гравитационные бетоносмесители, при жестких – принудительного действия. Если заполнитель легче и всплывает, то применяют бетоносмесители принудительного действия.
Интенсивность и продолжительность перемешивания должны быть такими, чтобы при соответственной крупности заполнителя, форме их зерна и др. была обеспечена достаточная однородность смеси.
При транспортировании бетонной смеси должны быть сохранены однородность и технологические свойства смеси. Способность смеси противостоять расслаиванию и сохранять требуемую удобоукладываемость в значительной степени зависит от содержания и качества заполнителя. Расслаивание смеси с частичным разделением крупного заполнителя и растворной части может иметь место при перевозке и перегрузках смеси. В одном случае предотвратить расслаивание можно оптимальным соотношением между крупным и мелким заполнителем. Во втором случае – за счет применения более однородного по крупности и плотности крупного заполнителя, за счет увеличения связности цементного теста (применения наполнителей, химических добавок).
Укладка и уплотнение бетонной смеси. При заданной удобоукладываемости водопотребность бетонной смеси зависит от содержания зернового состава и качества заполнителей. Заполнители оказывают решающее влияние на удобоукладываемость смеси. Она лучше на гравии чем на щебне; на плотных заполнителях, чем на пористых. Она ухудшается с убыванием наибольшей крупности заполнителя при недостатке или избытке песка в смеси заполнителей.
С крупностью и зерновым составом заполнителей связаны выбор методов формования железобетонных конструкций и бетонных изделий. Для крупнозернистых смесей эффективное колебание – 3000 мин-1 (50Гц) с А=0,5…0,7 мм. Для мелкозернистых смесей эффективны высокочастотные вибрирования – 7000…14000 мин-1 с А=0,2…0,4 мм.
Для прессования и проката больше подходят мелкозернистые смеси.
Для виброуплотнения легкобетонных смесей необходимо дополнительное давление сверху, чтобы обеспечить достаточную прочность и плотность верхнего слоя бетона в изделиях.
Твердение также в определенной мере зависит от свойств заполнителя. Бетоны на плотных заполнителях необходимо прогревать во влажной среде. Легкие бетоны на пористых заполнителях – в сухой среде.