Рис. 1. Схема испытания образца на сжатие:
1 — верхняя плита пресса, 2 — нижняя плита пресса, 3 — половина балочки, 4 — пластины

В настоящее время наша промышленность выпускает более 20 видов портландцементов. Основные из них приведены ниже (ГОСТ 10178—62):
а) портландцемент и его разновидности — пластифицированный, гидрофобный, быстротвердеющий, сульфатостойкий и др.;
б) шлакопортландцемент и его разновидности — быстротвердеющий и др.;
в) пуццолановый портландцемент и его разновидность — сульфатостойкий пуццолановый портландцемент.

Чаще всего применяют портландцемент. Получают его, равномерно обжигая до спекания известковые мергели или искусственные смеси извести и глины, а затем тонко измельчая продукт обжига — цементный клинкер. Получаемый тонкомолотый порошок зеленовато-серого цвета и есть портландцемент. Выпускается он как без добавок, так и с активными минеральными добавками в количестве до 15% от веса цемента. Портландцемент изготовляется четырех марок: 300, 400, 500 и 600.

Шлакопортландцемент получают, одновременно перемалывая (или смешивая раздельно молотые) портландцемент-ный клинкер, необходимое количество гипса и доменный гранулированный шлак. Количество доменного гранулированного шлака в шлакопортландцементе должно составлять не менее 30 и не более 60% от веса цемента. Поэтому стоимость шлакопорт-ландцемента значительно ниже, чем портландцемента. Выпускают четыре марки этого цемента: 200, 300, 400 и 500. Шлакопортландцемент характеризуется замедленным по сравнению с портландцементом твердением, особенно при невысоких положительных температурах (ниже +10 °С). Он более стоек к действию агрессивной среды, чем портландцемент, но менее, чем пуццолановый.

При твердении шлакопортландцемент выделяет меньше тепла, чем портландцемент. По морозостойкости он уступает портландцементу.

Шлакопортландцемент применяется в тех же бетонных и железобетонных конструкциях, что и портландцемент, а также в сооружениях, подвергающихся воздействию обычных и минерализованных грунтовых вод (гидротехнические сооружения, бетонные фундаменты и т. д.).

Пуццолановый портландцемент получают путехм совместного помола (или смешивания раздельно перемолотых) клинкера, необходимого количества гипса и активной минеральной добавки по ГОСТ 6269—63.

Содержание активных минеральных добавок в пуццолаиовом портландцементе должно составлять в процентах от веса цемента: добавок вулканического происхождения, обожженной глины, глиежа или топливной золы — не менее 25, но не более 40%; добавок осадочного происхождения — не менее 20, но не более 30%. Выпускают четыре марки пуццоланового портландцемента: 200, 300, 400 и 500.

Бетоны, приготовленные на пуццолановом портландцементе, обладают повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью.

Пуццолановый портландцемент при твердении выделяет меньше тепла, чем портландцемент, поэтому его не следует применять для бетонных работ при пониженных температурах. Целесообразно использовать пуццолановый портландцемент для бетонирования массивных сооружений, а также сооружений, в которых бетон должен обладать повышенной водостойкостью и водонепроницаемостью.

Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент отличается от пуццоланового портландцемента повышенной сульфатостойкостыо, т. е. способностью не разрушаться в условиях сульфатной агрессии. Его нельзя использовать для строительства сооружений, подвергающихся периодическому увлажнению и высыханию, замораживанию и оттаиванию.

Он предназначается для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, работающих в подводных или подземных частях сооружений в условиях сульфатной агрессии (плотины, шлюзы, подпорные стенки набережных, канализационные и водопроводные сооружения, туннели и т. п.). Для строительства надземных и надводных частей этих сооружений применяется сульфатостойкий портландцемент.

Пластифицированный портландцемент получают, добавляя в процессе помола клинкера пластифицирующую поверхностно-активную добавку (сульфитно-спиртовую барду) в количестве 0,15—0,25% от веса цемента.

Бетонная смесь, приготовленная на пластифицированном портландцементе, более пластична, чем смесь на обычном цементе. Это свойство дает возможность на 5—8% сократить расход цемента или уменьшить количество воды, вводимой в бетонную смесь, и тем самым повысить прочность и морозостойкость бетона. Пластифицированный портландцемент выпускается четырех марок: 300, 400, 500 и 600.

Гидрофобный портландцемент изготовляют из портландцементного клинкера, добавляя при помоле поверхностно-активные вещества (мылонафт, олеиновую кислоту и др.) в количестве 0,06—0,3% от веса цемента.

Характерным для гидрофобного портландцемента является следующее:
— при длительном хранении он не теряет своей активности и остается сыпучим (не комкуется);
— повышает подвижность бетонной смеси;
— уменьшает водопоглощаемость и увеличивает водонепроницаемость и морозостойкость бетона.

Гидрофобный портландцемент целесообразно применять вместо обычного в тех случаях, когда цемент необходимо транспортировать на дальние расстояния (особенно по воде) или хранить длительное время.

Быстротвердеющий портландцемент получают, либо увеличивая тонкость помола клинкера, либо соответствующим образом подбирая сырьевую смесь для получения клинкера, либо сочетая оба способа одновременно.

Цементный клинкер состоит из минералов, обладающих различной скоростью твердения. Для приготовления быстротвердеющего цемента повышают содержание в клинкере наиболее быстротвердеющих составляющих.

При помоле быстротвердеющего портландцемента можно вводить активные минеральные добавки в количестве не более 10% от веса цемента, а доменные гранулированные шлаки — не более 15% от веса цемента.

Предел прочности при сжатии образцов быстротвердеющих портландцемента и шлакопортландцемента, изготовленных из раствора состава 1:3(1 часть цемента и 3 части песка по весу ), через трое суток твердения должен быть не ниже: для быстро-твердеющего портландцемента — 250 кГ/см2, для быстротвердеющего шлакопортландцемента — 200 кГ/см2. Оба цемента через 28 суток должны иметь прочность при сжатии не ниже 400 кГ/см2 (ГОСТ 10178—62).

Сокращение сроков твердения позволяет уменьшить производственный цикл и, следовательно, увеличить выпуск изделий. Недостатком быстротвердеющего цемента является то, что быстрое твердение происходит только при температуре не ниже + 20° С и при малом водосодержании бетонных смесей. Хранить этот цемент более двух недель не рекомендуется, так как из-за большой тонкости помола активность его при хранении быстро снижается.

Начало схватывания для всех цементов должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания — не позднее чем через 12 ч от начала затворения.

Все рассмотренные виды цементов при твердении на воздухе уменьшаются в объеме (дают усадку). Однако при выполнении ряда работ (заделка стыков, заливка зазоров между станинами машин и фундаментами и т. п.) желательно увеличение объема. При подобных работах применяют специальный водонепроницаемый расширяющийся цемент (ВРЦ), впервые полученный в Советском Союзе.

Расширение цемента при твердении происходит в результате образования химических соединений, занимающих больший объем, чем материалы, вступающие в реакцию.

Расширяющиеся цементы обладают высокой прочностью. Уже через трое суток они достигают прочности до 300 кг/см2, а некоторые из них —до 500 кг/см2.

Цемент должен транспортироваться в закрытых и соответствующим образом оборудованных вагонах, контейнерах и автоцементовозах. При отправке водным путем его следует перевозить в мешках, в контейнерах или на специальных судах.

При перевозке и хранении необходимо предохранять цемент от воздействия влаги и загрязнения посторонними примесями. Хранить цементы нужно раздельно по видам и маркам. Добавки к вяжущим. Добавки к вяжущим вводят, чтобы изменить физико-химические свойства бетонов и сэкономить цемент. Применяют следующие добавки: активные минеральные, наполнители, ускоряющие или замедляющие твердение цемента и поверхностно-активные.

Активные минеральные добавки — это вещества, которые при смешении в тонкоизмельченном виде с известью-пушонкой и затворении водой образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать твердеть и под водой. Они служат для повышения плотности, водостойкости и сульфатостой-кости бетонов и растворов. Активные минеральные добавки разделяются на природные (естественные) и искусственные.

К природным активным минеральным добавкам относятся породы осадочного происхождения:
— диатомиты — горные рыхлые породы, состоящие в основном из скопления микроскопических панцирей диатомовых водорослей и содержащие кремнезем в аморфном состоянии;
— трепелы — рыхлые горные породы, состоящие из микроскопических зерен и содержащие кремнезем в аморфном состоянии;
— глиежи — обожженные глинистые породы, образовавшиеся в результате происшедших подземных пожаров в угольных пластах;
— породы вулканического происхождения: пеплы — породы, содержащие преимущественно алюмосиликаты и находящиеся в природе в виде рыхлых, частично уплотненных отложений;
— туфы — уплотненные и сцементированные вулканические пеплы;
— пемзы — породы, характеризующиеся пористым губчатым строением (вспученное вулканическое стекло);
— трассы — разновидности вулканических туфов и др. К искусственным активным минеральным добавкам относятся:
— доменные гранулированные шлаки — силикатные и алюмо-силикатные расплавы, получаемые при выплавке чугуна и превращаемые в мелкозернистое состояние путем быстрого их охлаждения;
— зола-унос — отход, остающийся при сжигании некоторых видов твердого топлива, в пылевидном состоянии улавливаемый электрофильтрами или другими устройствами, и др.

Добавки – наполнители представляют собой тонкомолотые материалы, применяемые для снижения расхода цемента и повышения плотности бетона. Они применяются при изготовлении бетонов и растворов, если марка цемента по условиям прочности бетона или раствора очень высокая, а расчетное количество цемента недостаточно, чтобы придать бетону или раствору требуемую удобоукладываемость и плотность.

Добавки-наполнители подразделяются на природные, получаемые из горных пород (известняки, пески, глины и т. п.), и искусственные (доменные шлаки, топливные золы и шлаки).

В качестве добавок — ускорителей процесса схватывания и твердения цемента применяют главным образом хлористый кальций. Находят применение также хлористый натрий, соляная кислота, молотая негашеная известь и др.

К добавкам-замедлителям относятся гипс, слабый раствор серной кислоты, животный клей и др.

Процентное содержание добавок-ускорителей и добавок-замедлителей должно устанавливаться экспериментальным путем или приниматься в соответствии с указаниями специальных инструкций. Количество добавок не должно превышать 3% от веса цемента.

Добавки-ускорители твердения цемента нельзя вводить в бетоны, предназначенные для изготовления предварительно напряженных железобетонных конструкций с проволочной арматурой диаметром 5 мм и менее, железобетонных изделий, предназначенных для эксплуатации при относительной влажности воздуха более 60%, изделий автоклавного твердения и др.

Поверхностно-активные добавки (пластификаторы) позволяют снизить расход вяжущих, улучшить удобоукладываемость бетонных смесей и повысить морозостойкость бетонов. К ним относятся сульфитно-спиртовая барда, мылонафт, асидол и др. Количество сульфитно-спиртовой барды в бетонной смеси принимается 0,15—0,25%, мылонафта — 0,08—0,5% от веса цемента.

Добавки вводятся в виде порошков или водных растворов непосредственно в бетоносмеситель одновременно с другими составляющими или предварительно смешиваются с цементом.

Заполнители для бетонов. Заполнители для тяжелых бетонов делятся на мелкие (песок) и крупные (гравий и щебень).

Песок представляет собой рыхлую смесь зерен крупностью от 0,15 до 5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения (природные пески) или путем дробления горных пород (искусственные пески). Природные пески разделяются на речные, морские и овражные, или горные. Зерна речных и морских песков имеют окатанную форму и гладкую поверхность. Форма зерен горных песков остроугольная, а поверхность шероховатая, что способствует хорошему сцеплению их с цементным камнем. Однако у речных и морских песков значительно меньше вредных примесей (глины, ила и мелких пылевидных частиц), чем у горных.

Искусственные пески обычно не содержат вредных примесей, имеют острые грани и неровную поверхность, однако необходимо учитывать, что при дроблении в зернах образуются микротрещины, снижающие их прочность, что в свою очередь ведет к снижению прочности бетона. Поэтому искусственные пески следует применять в смеси с природными.

Большую роль играет зерновой состав песка. Выгоднее всего применять крупный песок, добавляя к нему часть более мелкого. В этом случае мелкие зерна заполняют промежутки между крупными, что уменьшает объем пустот, которые необходимо заполнять цементным камнем, и дает возможность снизить расход цемента. Наличие в песке зерен гравия или щебня размером более 10 мм не допускается, а зерен размером от 5 до 10 мм не должно быть более 5% по весу.

Гравий — это материал, образовавшийся в результате естественного разрушения (выветривания) плотных горных пород и состоящий в большинстве случаев из частиц окатанной формы.

Гравий бывает горный (овражный), морской и речной.

Речной и морской гравий чище горного, но зато имеет слишком гладкую поверхность, что ухудшает его сцепление с цементным камнем.

По крупности зерен гравий (как и щебень) подразделяется на следующие фракции: от 5 до 10 мм, от 10 до 20 мм, от 20 до 40 мм и от 40 до 70 мм.

Можно применять фракцию 3—10 мм вместо фракции 5—10 мм, а в массивных конструкциях — щебень и гравий крупнее 70 мм.

Поскольку получаемый в карьерах гравий по зерновому составу и содержанию в нем примесей не всегда удовлетворяет предъявляемым к нему требованиям, его рассеивают на фракции и промывают на специальных установках. Гравий, состоящий из зерен только одной фракции, называется сортовым, остальной — рядовым.

К достоинствам гравия следует отнести то, что он встречается в естественном виде и, как правило, не требует дробления.

По степени сопротивления истиранию гравий делят на четыре марки: И20, ИЗО, И45, И55; по степени сопротивления удару — на три марки: У75, У50, У40. Чем ниже марка на истираемость и выше марка на удар, тем выше качество гравия.

По степени морозостойкости гравий подразделяется на выдерживающий 15, 25, 50, 100, 150, 200 и 300 циклов попеременного замораживания и оттаивания (соответственно марки Мрз 15, Мрз25 и т. д.).

Щебнем называют материал, получаемый путем измельчения (дробления) различных горных пород или искусственных камней.

Щебень из природного камня — это наиболее распространенный крупный заполнитель для бетонов, применяемый при производстве сборного железобетона.

Исходными материалами для приготовления щебня являются изверженные (гранит, диабаз) и твердые осадочные (доломит, известняк) породы. Щебень отличается от гравия остроугольной формой и шероховатой поверхностью зерен. Содержание в щебне посторонних примесей незначительно.

В зависимости от предела прочности при сжатии исходной горной породы щебень подразделяется на семь марок: 200, 300, 400, 600, 800, 1000 и 1200, по степени сопротивления истиранию — на четыре марки: И-I, И-П, И-Ш и И-IV. По степени сопротивления удару щебень делится на те же три марки, что и гравий.

Гравий и щебень не должны содержать зерен пластинчатой (лещадной) и игловатой формы более 15% по весу.

Марка щебня по прочности исходной горной породы при сжатии должна быть выше марки бетона не менее чем в 1,5 раза для бетона марок ниже 300 и не менее чем в 2 раза для бетона марок 300 и выше.

Заполнителями для легких бетонов являются природные и искусственные пористые каменные материалы.

К природным заполнителям относятся пористые горные породы, подвергнутые рассеву или частичному дроблению и рассеву:
а) щебень и песок из пемзы, представляющий собой пористую сыпучую породу губчатого или волокнистого строения от серо-белого до коричневого цвета;
б) щебень и песок из вулканического шлака, который представляет собой крупнопористую и пористую сыпучую породу ноздреватого или губчатого строения от красного до черного цвета;
в) щебень и песок из вулканического туфа. Это мелкопористая порода, состоящая из сцементированного вулканического стекла и пепла;
г) щебень и песок из кремнеземистой породы, состоящей преимущественно из кремнезема (трепел, диатомиты и др.);
д) щебень и песок из карбонатной породы (пористые известняки, известняки-ракушечники, туфы и др.).

Искусственные заполнители — это пористые сыпучие материалы, полученные путем термической обработки силикатного сырья и подвергнутые затем рассеву или дроблению и рассеву. Искусственные пористые заполнители изготовляют специально или получают из отходов промышленности.

К специально изготовляемым заполнителям относятся:
а) гравий и песок керамзитовый, представляющие собой материал округлой формы, получаемый вспучиванием легкоплавкой глины при обжиге во вращающейся печи;
б) песок керамзитовый дробленый, получаемый дроблением и рассевом керамзитового гравия;
в) гравий полый керамический, который представляет собой материал округлой формы, получаемый обжигом специально изготовленных пустотелых глиняных гранул;
г) щебень и песок из пористого металлургического шлака (шлаковая пемза), получаемые путем поризации расплавленных шлаков;
д) щебень и песок аглопоритовый. Это материал, получаемый спеканием глинистой породы и отходов от добычи, переработки и сжигания углей на агломерационной решетке;
е) гранулированный шлак, представляющий собой мелкозернистый пористый материал, получаемый при быстром охлаждении расплавов металлургических шлаков, и др.

По объемному насыпному весу в сухом состоянии пористые заполнители делятся на марки: 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 800, 1000 для щебня, гравия и песка и 1200 только для песка.

По крупности зерен пористые заполнители подразделяются на следующие фракции: песок — до 1,2 мм и от 1,2 до 5 мм; щебень (гравий) — от 5 до 10 мм, от 10 до 20 мм и от 20 до 40 мм.

Вода для приготовления бетонной смеси. Бетонную смесь обычно приготовляют на водопроводной питьевой воде. Можно использовать также воду из рек, колодцев или морскую воду.

Однако морская вода пригодна не для всяких работ. Так, бетоны, приготовленные на морской воде, нельзя применять в общественных и жилых зданиях, так как на поверхности могут появиться выцветы. Во всех остальных случаях можно применять морскую воду с определенным содержанием солей. Пригодность такой воды, как правило, определяется лабораторным путем. Нельзя применять воду, содержащую растительные масла, жиры, кислоты, сахар и т. п., которые разрушают цементный камень.

Арматурная сталь. Стальная арматура для железобетонных конструкций подразделяется на горячекатаную стержневую диаметром от 6 до 90 мм и холоднотянутую проволочную диаметром от 3 до 8 мм.

Горячекатаная арматура называется стержневой независимо от того, поставляется она в виде отдельных прутков или в мотках.

В зависимости от условий применения арматура делится на ненапрягаемую, используемую для армирования обычных конструкций и в качестве ненапрягаемой арматуры предварительно напряженных конструкций, и напрягаемую, применяемую только в предварительно напряженных конструкциях.

Как стержневая, так и проволочная арматура могут иметь гладкий или периодический профиль.

Стержневая арматура подразделяется на горячекатаную, не подвергающуюся после проката упрочнению, термически упрочненную и упрочненную вытяжкой.

Термическое упрочнение и упрочнение вытяжкой производятся, как правило, на заводах железобетонных изделий. Однако целесообразнее эти операции выполнять на металлургических заводах, изготовляющих арматурную сталь.

В зависимости от механических свойств стержневая арматура делится на классы: A-I, A-II, A-III и A-IV (обычная горячекатаная), Ат-IV, At-V, At-VI и At-VII (термически упрочненная) и А-Пв, А-Шв (упрочненная вытяжкой).

Проволочная арматура подразделяется на арматурную проволоку и арматурные проволочные изделия.

Арматурная проволока выпускается двух классов: обыкновенная арматурная проволока (класс B-I) и высокопрочная арматурная проволока (класс B-II), которая применяется только в качестве напрягаемой арматуры. При обозначении проволочной арматуры периодического профиля к букве В добавляют индекс «р» (например, Вр-П). К арматурным проволочным изделиям относятся: свитые из высокопрочной проволоки трех-, семи- или девятнадцатипроволочные пряди, обозначаемые соответственно П-3, П-7, П-19; свитые из прядей канаты; сетки сварные и др.

Рис. 2. Основные виды арматурной стали:
а — горячекатаная класса A-II, б — горячекатаная класса A-III и A-IV, в — семипроволочная прядь, г — холоднотянутая периодического профиля класса Вр-11, д — рулонная сварная сетка

На рис. 6 показаны основные виды арматурной стали.

Арматурные стали поставляются в прутках или в мотках. Стержни горячекатаной стали диаметром менее 10 мм поставляются в мотках, а диаметром 10 мм и более — в прутках длиной от 6 до 12 м или мерной длины (т. е. требуемой для данного завода по условиям производства). Получение стержней мерной длины позволяет заводам значительно снизить отходы арматуры.

Для стали класса A-I допускается поставка в мотках стержней диаметром до 12 мм. Арматурная сталь класса A-IV поставляется только в прутках мерной длины. Допускаемые отклонения от мерной длины стрежней составляют при длине 6” м ±50 мм, более 6 м—±70 мм. Местная кривизна не должна быть более 6 мм на 1 м. Общая кривизна стержней в мм не должна превышать произведения допускаемой местной кривизны на 1 м в мм на длину стержня в м.

На поверхности стержней, включая поверхность ребер и выступов, не должно быть трещин, раковин, плен и закатов; не допускаются отколы ребер и выступов.

Арматурная проволока поставляется в мотках. Каждый моток должен состоять из одного отрезка проволоки. Вес мотка должен быть не менее 80 кг для проволоки классов Вр-11 и B-II (допускается поставка мотков меньшего веса, но не менее 30 кг, в количестве 10% от партии по весу) и не менее 10—15 кг для проволоки класса B-I.

Арматурные пряди и арматурные канаты должны поставляться установленной длины, смотанными в мотки или на катушки.

Сварные сетки изготовляются шириной от 900 до 3500 мм и поставляются в рулонах весом от 100 до 500 кг. Внутренний диаметр рулона должен быть не менее 500 мм.