Бетон w: марка, класс, показатель водонепроницаемости бетона

Ведущую позицию среди строительных материалов вот уже много лет подряд удерживает бетон. Такой популярностью он обязан своим уникальным эксплуатационным качествам, в т.ч. высокой прочности, морозостойкости и влагостойкости. Более того, варьирование соотношения составляющих компонентов бетона позволяет получать материал с несколько отличающимися свойствами, что разрешает использовать его практически в любых условиях. Вопрос выбора подходящего бетона остается самым важным и сложным, ведь от этого зависят дальнейшие свойства конструкции.

Не менее сложно выбрать и подходящего производителя бетона. Растущий спрос на этот строительный материал привел к появлению огромного количества предложений, сориентироваться в которых достаточно непросто. Чтобы потенциальный покупатель бетона смог быстро найти оптимальное для себя предложение, была разработана бетонная тендерная система «М350». Она представлена на странице http://m350.ru/price/m350/ и позволяет пользователю быстро ознакомиться со всеми предложениями по продаже бетона М350 и других марок в Московском регионе и выбрать для себя наиболее подходящее, исходя из цены, расположения завода или режима работы производителя. Система позволяет экономить время и деньги.  

Чтобы уметь выбрать правильную бетонную смесь для конкретных целей, необходимо знать, на какие показатели обращать внимание. Среди самых важных марка и класс бетона, характеристики влаго- и морозостойкости, а также подвижность бетона.

Марка бетона

Самая важная характеристика бетона – это его способность выдерживать нагрузки на сжатие. Этот параметр обозначают буквой М, а стоящий за ней индекс говорит о том, какую нагрузку может выдерживать каждый квадратный сантиметр бетона. Точное значение определяют в лабораторных условиях, испытывая бетон, твердевший в течение 28 дней, а в маркировку записывают округленное значение. Например, бетон, который выдерживает 98 кгс/м², обозначается как М100, а бетон, выдерживающий 196 кгс/см², — М200. Проще говоря, цифровой индекс говорит о том количестве килограмм, которое может давить на 1 см² бетона, не разрушая его.

Играет роль и качество компонентов. Песок может быть как речным, так и карьерным – важно, чтобы он был крупным и с минимальным количеством глинистых примесей. Оптимальный размер щебня – 20-25 мм, он должен быть из крепких пород. Марка цемента также влияет на прочность бетона. Как правило, используется цемент М400 и М500, последнего для приготовления бетона заданной прочности понадобится меньше.

Наименее прочные марки бетона используются при возведении самых легких и менее ответственных конструкций. Фундаменты частных и многоэтажных домов, промышленных зданий создают при использовании более прочных составов (М200 и выше). С ростом прочности повышается и цена состава, поэтому использовать излишне прочные составы ни к чему, как и экономить.

Класс бетона

Класс бетона также говорит о прочности материала, это современная производная от марки бетона. Если при определении марки используется среднее значение прочности материала, то класс прочности предполагает определение прочности с гарантированной обеспеченностью. Это более точное значение, которое выражается с учетом коэффициента вариации 13%. Несмотря на то, что класс более точно определяет характеристики бетона, сегодня большинство специалистов пользуются понятием марки.

Классы определяют буквой B и числом от 3,5 до 60: чем он выше, тем более прочный перед вами состав. Между классами и марками существует прямая связь: например, марке М100 соответствует класс B7,5, марке М200 – B15 и т.д.

Соотношение между классом и марками бетона по прочности

Водонепроницаемость бетона

Под водонепроницаемостью бетона понимают его способность не пропускать воду. Раньше эту характеристику обозначали русской буквой В, теперь используют W, а числовое обозначение рядом с ней может начинаться от 2 и достигать 20, равняясь давлению водяного столба в кгс/см², при котором цилиндрический образец бетона стандартной высоты не пропускает воду.

Если из бетона возводится фундамент в условиях повышенного уровня грунтовых вод, то имеет смысл выбирать состав с высоким значением водонепроницаемости, в которые добавлены специальные гидрофобные добавки. Кстати, использование такого материала позволит сократить расходы на полноценную гидроизоляцию фундамента.

Самыми высокими показателями водонепроницаемости и водостойкости обладает гидротехнический бетон. Для его производства используют гидрофобный либо пластифицированный портландцемент, песок и щебень более высокого качества, чем для обычных бетонов. Высокие показатели водонепроницаемости достигаются также за счет монтажа с максимальным уплотнением.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона обозначится буквой F с числовым значением от 25 до 1000: чем он выше, тем большее количество циклов замораживания и размораживания сможет выдержать бетон, не теряя при этом своих прочностных свойств. Выбор будет зависеть от тех условий, в которых будет эксплуатироваться готовая конструкция, от особенностей климата, количества периодов замораживания и оттаивания в течение холодного периода года.

Для строительства гидротехнических сооружений, аэродромных покрытий и мостовых опор лучше выбирать максимально морозостойкие составы. В частном строительстве для сооружения фундамента подойдет бетон класса F100 или F200. Ориентироваться можно и на плотность: чем ее значение выше, тем более морозостойким будет состав.

Подвижность бетона

Подвижность бетона (П) говорит о степени его текучести, отчего напрямую зависит удобство работы с составом. Числовой коэффициент выражается в диапазоне от 1 до 5: чем он выше, тем более жидким будет состав. В частном строительстве при обустройстве фундамента используется бетон П2 и П3. Более текучие составы применяются только в тех случаях, когда нужно залить плотно армированную основу, или когда бетон подается с помощью бетононасосов.

С более текучим составом работать, конечно же, удобнее, но в уже готовый бетон нельзя добавлять воду для увеличения подвижности состава. В этом случае марка раствора сразу же понижается, уменьшая итоговую прочность.

Области использования разных марок бетона

Бетон получил повсеместное распространение, используется для создания фундаментов и множества прочих конструкций. В зависимости от цели использования подбирают бетон той или иной марки. Вот основные сферы использования самых распространенных марок бетона:

• М100 используют для создания дорожных бордюров и перед заливкой ленточного фундамента;
• М150 подходит для заливки полов, фундамента под забор, а также для организации стоянки для легковых автомобилей;
• М200 используется при реставрации зданий, заливки дорожек, а также для создания отмостков и фундамента легких зданий;
• М250 подходит для создания разных типов фундамента, а также для площадок и дорожек;
• М300 используется для создания фундамента кирпичных домов, тротуарных плит и дорог, подверженных сильным нагрузкам;
• М350 подходит для создания монолитных фундаментов и фундаментов для многоэтажных домов;
• М400 может применяться как для создания фундаментов жилых домов, так и при строительстве мостов и сооружений на воде;
• М450 и М500 подходят для строительства туннелей, канализации, мостов.

Выбор бетона для фундамента

Так как бетон используется при организации абсолютного большинства фундаментов, вопрос его выбора именно для данных целей требует более подробного рассмотрения. Чтобы подобрать необходимую марку, нужно знать вес, который будет возлагаться на конструкцию, условия ее эксплуатации, учитывать тип грунта, уровень грунтовых вод и т.д. Все это должно упоминаться в проектной документации, а для тех, кто ведет строительство самостоятельно, приведем информация о сфере использования разных марок бетона.

Чем меньше нагрузка от возводимой постройки, тем менее прочный бетон понадобится. Если будет строиться каркасный дом, то можно обойтись бетоном М200, для деревянного дома фундамент лучше устраивать из бетона М250. Для двухэтажных деревянных домов, домов из газосиликатных и керамзитобетонных блоков лучше выбрать бетон М300. Если будут использоваться железобетонные стеновые панели или в планах постройка кирпичного дома, то для фундамента используют бетон М350, М400 и выше.

Влияет на выбор марки бетона и тип грунта. Чем почва более пучинистая, тем большие перепады в нагрузке оказываются на фундамент. Так, для глинистых почв лучше не использовать бетон ниже М350, а для песчаных и скальных грунтов подойдет и М200. Если уровень грунтовых вод в месте постройки дома высокий, то лучше выбирать бетон с повышенной водонепроницаемостью: даже если по нагрузкам подходит М250, лучше использовать М350, для которого W почти в два раза выше.

Какой бы марки бетон ни использовался бы, на характеристики готовой конструкции во многом влияет еще и правильность разбавления смеси водой, а также процесс заполнения формы бетоном и равномерность распределения бетона.

Статья написана для сайта remstroiblog.ru.

Бетон марки М100 B7.5 цена за 1 м3 с доставкой в Москве

Цены

ООО «МосБетонТорг» предлагает своим клиентам купить раствор М100 с круглосуточной доставкой на объект строительства. Наш ассортимент строительных смесей соответствует современным стандартам. Качество нашей продукции тщательно контролируется регулярными лабораторными испытаниями. К каждой партии прилагается сертификат соответствия и паспорт.

Характеристики

М100 по ГОСТ 7473-2010 обладает следующими характеристиками:

• Водонепроницаемость ― W2-W4, где «W» ― давление воды (кгс / см2), которое выдерживает бетон;
• Прочность ― класс М 100. В — условная нагрузка в МПа, которую выдерживает бетон при сжатии в 95% ситуаций;
• Морозостойкость ― F50-F100, где «F» — количество циклов разморозки/заморозки без потери качества материала.

Свойства бетона М100

Состав

Основой раствораВ7,5 производства ООО «МосБетонТорг» выступают различные виды щебня; количество цемента в конечной смеси минимально. Благодаря современному оборудованию, наш бетонный завод гарантирует отличные строительные свойства продукции. Наполнителями служат известняк, щебень и гравий. В ассортименте компании представлены тяжелые товарные бетоны с подвижностью П1-П4 и тощие, жесткость которых колеблется в пределах Ж1-Ж4. Отличительной особенностью строительных смесей и растворов производства ООО «МосБетонТорг» остается повышенное содержание цемента и меньшее количество наполнителей в общем объеме.

Наши преимущества

Производитель с репутацией
и надёжным производством.

Более 2000 довольных заказчиков. РБУ (Германия) > 80 м3/час каждое.

Гарантия высокого качества
сырья и продукции

Контроль производится на всех этапах силами собственной аттестованной лаборатории

Точность и своевременность поставок.

Весовой контроль. Профессиональная логистика.

Бесперебойность и удобство доставки в любой район. Самовывоз.

Выгодное географическое расположение производственных площадок.

Выгодные цены.
Любая форма оплаты.

Без посредников. Скидки до 20% от объёма закупок.

Высокий уровень сервиса и 100% взаимовыгодное сотрудничество.

Бесплатные консультации и выезды. Выстраиваем долгосрочные отношения.

Применение в строительстве

В7,5 используют как основу для дальнейшей установки монолитных плит или листового фундамента. Его заливают на подготовленный участок, устланный песком, а уже после затвердевания начинают арматурные работы. Использование В7.5 предупреждает дальнейшее разрушение верхних слоев и защищает всю конструкцию от эрозионных и коррозионных процессов. Тощие бетоны с высоким содержанием наполнителей используются при укладке дорог, а также в качестве подушки под бордюрный камень.

Раствор М-100 относится к низкому классу, поэтому его использование в строительных работах ограничено. Все показатели готового раствора приспособлены исключительно к подготовительным работам перед последующим армированием, установкой опор или иных конструкций для каркаса сооружения.

Купить смесь вы можете, позвонив в контактный центр. Мы гарантируем отличное качество продукции и минимальные сроки выполнения заявки. Оперативно доставляем заказы на площадки Москвы и Московской области.

Благодарственные письма и отзывы

Сообщение отправлено, спасибо! Мы свяжемся с вами в ближайшее время!

Как правильно приготовить бетон

Итак, вы строите монолитный дом или чините железобетонный фундамент.  Либо просто собираетесь соорудить отмостку или забетонировать дорожки. Главное, вы уже знаете, что делать бетонную смесь будете самостоятельно или тщательно контролировать процесс. Расскажем о том, как рассчитать пропорции смеси, чтобы получить бетон с нужными параметрами, почему важно тщательно выбирать компоненты для состава, и на что обратить внимание, когда вы начнете замешивать раствор и наливать его в опалубку.

Бетон – стройматериал, который твердеет после заливки в форму. Бетон получают из смеси вяжущего вещества, заполнителя, песка, воды и специальных добавок. Требования к бетону, его свойствам и компонентам, технологии работы с ним жестко регулируются Строительными Нормами и Правилами (СНиП и СП) и Государственными стандартами (ГОСТ).

Ключевые документы: ГОСТ 25192-12 «Бетоны. Классификация и общие технические требования», ГОСТ 7473-10 «Смеси бетонные. Технические условия», ГОСТ 26633-12 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые», СНиП 82-02-95 о нормах расхода цемента на бетонные и железобетонные конструкции, СП 63.13330.2012 о бетонных и железобетонных конструкциях. Документы, которые так или иначе касаются бетона и работы с ним, исчисляются сотнями.

Бетоны делят на виды по различным критериям: в зависимости от наполнителя, различают легкие, тяжелые и особо тяжелые бетоны. Для частного строительства используют тяжелые смеси. Их получают, когда в качестве наполнителя берут щебень или гранитную крошку. С их помощью производят готовые железобетонные изделия, возводят монолитные фундаменты и перекрытия. Бетоны делят по составу, и существует множество видов бетона в зависимости от заполнителя или вяжущего вещества. В частном строительстве используют бетоны на основе цемента.

Еще бетоны классифицируют по прочности, морозоустойчивости, водонепроницаемости и подвижности. Эти свойства производители отражают в маркировке – системе обозначений.

О прочности бетона говорят его марка и класс – это одно и то же, но в разных единицах измерения. Марка обозначается буквой М и имеет диапазон значений от 15 до 800. Класс маркируют буквой В, за которым следует цифра в диапазоне от 1 до 60.

Таблица 1. Соответствие марок и классов бетона.

Если вы устраиваете бетонную подушку под плиту или ленту фундамента, или вы сооружаете бордюры – возьмите бетон М100. Если вы хотите возвести фундамент небольшого строения – бани или хозяйственной постройки, или залить стяжку на пол, достаточно взять бетон марки М150. Чтобы соорудить дорожки или отмостку – полосу из водонепроницаемого материала вокруг дома, подойдет бетон М200. Эту же марку стоит взять, если вы возводите бетонную лестницу или лестничную площадку.

Чтобы построить перекрытия между этажами коттеджа, ленту фундамента для забора или гаража, подпорные стены, лучший вариант – бетон марки М250.

Чтобы возвести фундамент на стабильном грунте, который не вспучивается зимой от мороза, подойдет бетон марок М200-М350. Если вы строите на пучинистом грунте, ваш выбор ограничивается марками М250-М400. Чем тяжелее материал фундамента и стен и чем больше этажей в сооружении, тем выше стоит выбирать марку бетона. Например, для основания одноэтажного каркасно-щитового дома на стабильном грунте достаточно взять бетон марки М200. Для трехэтажного кирпичного коттеджа на пучинистой почве лучше остановиться на бетоне М350-М400.

• Морозостойкость бетона обозначается буквой А и следующей за ней цифрой от 50 до 500. Цифра – количество циклов таяния и замораживания, которое выдерживает бетон.
• Водонепроницаемость бетона маркируют буквой W и цифрой от 2 до 12. Чем выше цифра, тем лучше бетон справляется с давлением влаги.
• Подвижность бетона – способность бетона заполнять форму, в которую его заливают. Обозначается буквой П и цифрой в диапазоне от 1 до 5. Чем выше показатель, тем подвижнее смесь. Это свойство зависит от количества воды. Хотя заполнять форму проще текучей смесью, важно помнить, что излишки воды снижают прочность бетона: он начнет расслаиваться и разрушаться.

Свойства бетона зависят от параметров компонентов, пропорций смеси и процесса смешивания и заливки.

Составляющие цементного бетона – цемент, песок, заполнитель и вода.

Цемент – вяжущий материал в виде порошка. Его делают из смеси известняка, глины и гипса.

Цемент в России производится по новому ГОСТ (государственному стандарту) 31108-2003. Ключевой параметр цемента – прочность. В маркировке по старому варианту стандарта этот показатель обозначается цифрой, например, М400. Число 400 означает, что застывший цемент выдерживает нагрузку в размере 400 кг на см². В маркировке по текущему ГОСТу указывается класс прочности. Это цифра, равная давлению в мПа, которое выдерживает цемент.

Таблица 2. Соответствие классов и марок цемента.

На упаковке указывают и добавки, которые улучшают базовые качества цемента – морозостойкость, водонепроницаемость, прочность, устойчивость к химическим воздействиям. Если в цементе нет добавок, в маркировке присутствует римская цифра I, если есть – II. Буквами обозначаются добавки: П – пуццолан – активная минеральная добавка, которая придает цементу устойчивость к коррозии, I – гранулированный шлак, который улучшает прочность, МК – микрокремнезем – не дает бетону расслаиваться и усиливает прочность, морозостойкость, предотвращает коррозию, З – зола-уноса упрочняет бетон.

В частном строительстве используют цемент марок М400 и М500. М400 подходит для плит, лестниц, дорожек, бордюров, отделочных работ. М500 стоит выбирать, если вы возводите фундамент, монолитные перекрытия и несущие стены.

Песок для бетонных работ должен быть очищен от примесей. Размер частиц – 2,0-3,5 мм.

Заполнителем может служить керамзит, гравий, щебень, шлак, и даже древесные материалы. Для несущих конструкций лучшим вариантом будет гранитный щебень – его неровные грани лучше сцепляются с раствором, бетон получается прочнее. Кроме того, среди всех видов заполнителей у гранитного щебня лучшая прочность на сжатие и самая высокая плотность. Оптимальный размер частиц для небольших бетонных конструкций – 5-20 мм, для масштабных – 20-40 мм. Необходимо помнить, что размер частицы, или фракция, не может быть больше 0,7 от минимального расстояния между арматурными элементами.

• Нарушать пропорции. Если вы определили пропорции самостоятельно, или в проекте указаны конкретные значения для каждого компонента – придерживайтесь заданных параметров. Когда в бетон кладут слишком много цемента, он высыхает и сильно усаживается, а в итоге трескается и теряет прочность. Когда цемента слишком мало, частицы заполнителя непрочно склеиваются между собой. Такой бетон будет крошиться и деформироваться под нагрузкой.
• Использовать цемент с истекшим сроком годности. Если цемент хранится дольше срока годности, пусть и в запечатанной упаковке, он впитывает воду из воздуха. Частицы цемента склеиваются, и часть массы в мешке уже не годится для бетонной смеси. Такого цемента потребуется больше, чтобы достичь нужной прочности бетона. За три месяца хранения после того, как истечет срок годности, прочность цемента снизится на 20%. За год – на 40%. Чем выше марка цемента, тем быстрее он теряет полезные свойства.
• Смешивать цемент с грязной водой. Грязная вода в данном случае – вода, которая содержит примеси, глину, остатки растений. Минерализованная или застоявшаяся вода из ближайшего водоема тоже не подойдет. Некоторые химические соединения, например, сульфаты, вызывают коррозию бетона. Посторонние компоненты не дадут цементу прочно сцепиться с заполнителем и песком, в результате бетон потеряет прочность и впоследствии начнет слоиться и крошиться. Используйте чистую водопроводную воду.
• Использовать песок или щебень с примесями. Причина все та же – вы не получите однородную бетонную массу, бетон окажется непрочным.
• Использовать излишне влажные сыпучие материалы. От влажности песка зависит количество воды, которое нужно добавить в раствор. Если не учесть реальную влажность песка, воды в растворе может оказаться больше, чем нужно. Увлажненный заполнитель может оказаться бомбой замедленного действия: если вода, которая содержится в порах, начнет зимой замерзать и расширяться, бетон потрескается изнутри. А значит, начнет терять прочность и разрушаться.

• Заливать бетон неоднородной консистенции. Масса к моменту, когда вы начнете ее заливать, должна быть полностью однородной. Иначе не получится надежного сцепления с арматурным каркасом. Внутри смеси образуются воздушные пузыри. Бетон утрачивает прочность. Стоит использовать небольшие бетоносмесители или миксеры.

• Не уплотнять бетонную смесь в опалубке после заливки. В этом случае бетон может не заполнить форму полностью и внутри него останутся пустоты – конструкция из такого материала не будет прочной. Чтобы уплотнить бетон, лучше использовать строительные вибраторы.

Для любой бетонной конструкции пропорции смеси определяют индивидуально. Чтобы приблизительно посчитать затраты материала, предлагаем воспользоваться таблицей 2, в которой мы собрали результаты расчетов, исходя из желаемой марки бетона.

Таблица 3. Пропорции бетонной смеси.

Смешивать компоненты можно ручным способом – в корыте лопатой, но стоит помнить: однородная масса гораздо легче и надежнее получается в бетоносмесителе.

Устанавливайте его как можно ближе к месту заливки: если раствор трясется в тачке по пути до опалубки, бетон может расслоиться.

Если вы возводите конструкцию зимой, сначала смешивайте подогретую воду с заполнителем. Цемент попадает в емкость для смешивания последним, иначе он схватится раньше.

Важно: время, за которое цемент схватится после того, как его перемешали с водой – 1-2 ч. За это время вам нужно успеть уложить его в форму.

Заливайте слоями – так проще утрамбовывать бетон в форме и укладывать его равномерно.

Позаботьтесь об увлажнении бетона после того, как вы его зальете. Лучше накрыть бетон полиэтиленом и регулярно увлажнять поверхность небольшим количеством воды. Это снизит вероятность того, что в бетоне образуются трещины.

Планируйте проводить все бетонные работы в теплое время года, в сухую погоду: получите меньше рисков и неожиданностей.

В заключение напомним, что даже самая элементарная бетонная конструкция требует проектирования и индивидуального расчета смеси. Пропорции бетона – расчетные величины. То, что мы рекомендуем, не заменит полноценного архитектурно-строительного плана.

Затраты на проектирование вполне реально снизить до комфортного уровня. Заказывайте проекты частями, или покупайте готовые типовые документы, которые сделали с учетом параметров вашей местности. Если пытаться сэкономить на этом, придется неизмеримо больше переплатить за перерасход материалов – за марку цемента выше, чем нужно, за арматуру с запасом прочности. К тому же, за качество инженерной документации проектировщики несут уголовную ответственность. Поэтому в доме, который вы построите по проекту, вы будете спать спокойно.

Почему требуется максимальное соотношение воды и цемента? Журнал Concrete Construction

Вопрос : Я участвую в торгах по проекту с расчетной прочностью 4000 фунтов на квадратный дюйм и максимальным требованием к соотношению вода / вяжущие материалы 0,45 (Вт / см). Я могу производить 4000 фунтов на квадратный дюйм при гораздо большей в / см, чем 0,45, так почему же указывается это непрактичное значение?

Ответ : Вы, вероятно, столкнулись с попыткой инженера включить требования к прочности конструкции и .Для структурных целей требуется всего 4000 фунтов на квадратный дюйм. Однако, если специалиста заботит долговечность — например, из-за воздействия сульфатов или противообледенительных солей — бетон должен достигать давления от 5000 до 5500 фунтов на квадратный дюйм. Специалист по спецификации не указал спецификации в соответствии с ACI 318 «Требования строительных норм и правил для конструкционного бетона и комментарии» (2014 г.).

До 2008 года было принято указывать расчетную прочность, а также максимальное соотношение вода / вяжущие материалы (Вт / см) и / или минимальный коэффициент вяжущего.Чтобы спецификаторы не могли произвольно выбирать эти значения, ACI изменила 318 в 2008 году, чтобы следовать классам воздействия, основанным на характеристиках Еврокода, которые относятся к максимальному значению вт / см или минимальному коэффициенту цементирования в зависимости от условий, с которыми бетон может столкнуться в течение его срока службы. Максимальные значения Вт / см предназначены для производства бетона с более низкой проницаемостью или более высокой стойкостью к истиранию, чем смеси с нормальными требованиями к прочности конструкции.

Однако, спустя почти 10 лет после того, как ACI кодифицировал классы воздействия, многие разработчики не используют их.Конечно, владельцы проектов и дизайнеры могут указать все, что захотят, но не следует легко отклоняться от кода.

Другая проблема связана с формулировкой кода. В соответствии с главой 19 (19.2.1.1):

Значение расчетной прочности должно быть указано в строительной документации и должно соответствовать пунктам (a) — (c):

(a) Пределы в таблице 19.2.1.1 (b ) Требования к долговечности в таблице 19.3.2.1 [примечание автора — это классы воздействия]
(c) Требования к прочности конструкции.

Следовательно, характеристики проектной прочности должны отражать максимальный вт / см или минимальный коэффициент цементирования в классах воздействия. Но поскольку соотношение между в / см и прочностью зависит от используемых материалов, как специалист может определить правильное соотношение до того, как будет выбран поставщик?

Помимо соображений долговечности, к смеси могут также предъявляться другие требования — например, те, которые влияют на отделку плиты. Раздел 8.4 ACI 302.1R-15 «Руководство по бетонным перекрытиям и перекрытиям» (2015 г.) включает проектные требования к максимальному значению вт / см и минимальному коэффициенту цементирования.ACI 302.1 — это руководство, но не обязательно. Любая информация в нем, которую разработчик желает включить в контрактные документы, должна быть явно введена.

П.С. Начиная с февраля, Американский институт бетона будет бесплатно предоставлять членам руководства, рекомендуемые методы и другие необязательные документы.

— почему водоцементное соотношение: почему нет

Водоцементное соотношение (вернее водоцементное соотношение) является очень важным критерием для бетона и определяет многие из его желаемых свойств, включая пористость, проницаемость, замерзание / сопротивление таянию и сила, и это лишь некоторые из них. Поэтому неудивительно, что спецификации могут требовать ограничения максимального водоцементного отношения (Вт / см). Но когда действительно требуется максимум Вт / см?

В соответствии с требованиями строительных норм ACI-318-14 для конструкционного бетона, требование о максимальном пределе в Вт / см основано на ожидаемых условиях воздействия на бетонный элемент в процессе эксплуатации, где долговечность является проблемой. Условия или категории воздействия, требующие максимального предела в Вт / см:

• Категория F (воздействие замораживания и оттаивания),
• Категория S (воздействие сульфатов),
• Категория W (подвержена воздействию воды, где требуется низкая проницаемость) и
• Категория C (защита от коррозии от внешних хлоридов)

Соответствующее максимальное требование в Вт / см будет зависеть от степени серьезности в каждой категории воздействия.Конкретные требования можно найти в ACI 318-14, таблица 19.3.2.1. Кроме того, существует соответствующее требование минимальной прочности на сжатие для каждой соответствующей категории воздействия.

Если вт / см так важно, почему бы не указать максимальный предел вт / см для всего бетона? Ответ прост; указание максимального значения вт / см, когда оно не требуется, приводит к непредвиденным последствиям. Бетон, используемый во внутренних помещениях, таких как плиты перекрытия и колонны, не будет подвергаться воздействию неблагоприятных условий окружающей среды, и его долговечность не является проблемой.Свойство, которому должен соответствовать внутренний бетон, — это прочность на сжатие, достаточная для выдерживания структурных нагрузок и / или обеспечения адекватной стойкости к истиранию. Кроме того, бетон в интерьере не должен содержать воздух; Фактически, максимальные ограничения по содержанию воздуха часто накладываются на плиты перекрытия с твердым покрытием. Бетон без воздухововлекающих материалов обычно требует на 1–3 галлона больше воды на кубический ярд по сравнению с воздухововлекающим материалом, хотя он будет иметь на 500–1000 фунтов на квадратный дюйм более высокую прочность при равном содержании цемента, чем бетон с воздухововлекающими добавками. Из-за более высокого содержания воды в бетоне, не содержащем воздух, может потребоваться излишне высокое содержание цемента, чтобы соответствовать максимальному пределу в / см. Это более высокое содержание цемента и вытекающие из этого уровни прочности могут значительно превосходить то, что необходимо для удовлетворения требований к конструкции и / или устойчивости к истиранию. Это не только без нужды увеличивает стоимость бетона, но и может привести к проблемам с повышенной усадкой при высыхании и повышенным потенциалом скручивания. Ватт / см, соизмеримый с величиной, необходимой для достижения желаемой прочности на сжатие, — это все, что необходимо для бетона без воздухововлекающих добавок.

Максимальный предел вт / см применяется только к бетону, который будет подвергаться одному или нескольким из указанных выше условий воздействия при эксплуатации, в которых важна долговечность. Если в процессе эксплуатации бетон не будет иметь неблагоприятных условий воздействия, нет причин или требований для максимального предела в Вт / см.

Представлено Робертом Э. Нилом, инженером по техническому обслуживанию Lehigh Cement Company

Как делают бетон

В своей простейшей форме бетон представляет собой смесь пасты и заполнителей, или горных пород.Паста, состоящая из портландцемента и воды, покрывает поверхность мелких (мелких) и крупных (крупных) заполнителей. В результате химической реакции, называемой гидратацией, паста затвердевает и набирает прочность, образуя каменную массу, известную как бетон.

В этом процессе кроется ключ к замечательным свойствам бетона: он пластичен и пластичен при повторном смешивании, прочен и долговечен при затвердевании. Эти качества объясняют, почему из одного материала, бетона, можно строить небоскребы, мосты, тротуары и супермагистрали, дома и плотины.

Дозирование

Ключ к получению прочного и долговечного бетона заключается в тщательном дозировании и смешивании ингредиентов. Смесь, в которой недостаточно пасты, чтобы заполнить все пустоты между заполнителями, будет трудно разместить, и она приведет к образованию шероховатых поверхностей и пористого бетона. Смесь с избытком цементного теста легко укладывается и дает гладкую поверхность; однако получаемый бетон не является рентабельным и может более легко треснуть.

Химический состав портландцемента оживает в присутствии воды. Цемент и вода образуют пасту, которая покрывает каждую частицу камня и песка — агрегаты. В результате химической реакции, называемой гидратацией, цементное тесто затвердевает и приобретает прочность.

Качество пасты определяет характер бетона. Прочность пасты, в свою очередь, зависит от соотношения воды и цемента. Водоцементное соотношение — это вес воды для затворения, деленный на вес цемента.Высококачественный бетон получают за счет максимально возможного снижения водоцементного отношения без ущерба для удобоукладываемости свежего бетона, что позволяет его должным образом укладывать, укреплять и выдерживать.

Правильно подобранная смесь обладает требуемой удобоукладываемостью для свежего бетона и необходимой прочностью и прочностью для затвердевшего бетона. Обычно смесь содержит от 10 до 15 процентов цемента, от 60 до 75 процентов заполнителя и от 15 до 20 процентов воды. Вовлеченный воздух во многих бетонных смесях также может составлять еще 5-8 процентов.

Другие ингредиенты

В качестве воды для замешивания бетона можно использовать практически любую питьевую природную воду без выраженного вкуса или запаха. Чрезмерные примеси в воде для смешивания могут не только повлиять на время схватывания и прочность бетона, но также могут вызвать выцветание, окрашивание, коррозию арматуры, нестабильность объема и снижение долговечности. Спецификации бетонной смеси обычно устанавливают пределы содержания хлоридов, сульфатов, щелочей и твердых веществ в воде для смешивания, если не могут быть проведены испытания для определения влияния примесей на конечный бетон.

Хотя большая часть питьевой воды подходит для смешивания бетона, заполнители выбираются тщательно. Заполнители составляют от 60 до 75 процентов от общего объема бетона. Тип и размер используемого заполнителя зависит от толщины и назначения конечного бетонного продукта.

Относительно тонкие строительные секции требуют небольшого крупного заполнителя, хотя заполнители диаметром до шести дюймов использовались в больших плотинах. Для эффективного использования пасты желательна непрерывная градация размеров частиц.Кроме того, заполнители должны быть чистыми и не содержать каких-либо веществ, которые могут повлиять на качество бетона.

Начинается гидратация

Вскоре после объединения заполнителей, воды и цемента смесь начинает затвердевать. Все портландцементы — это гидравлические цементы, которые затвердевают в результате химической реакции с водой, вызывающей гидратацию. Во время этой реакции на поверхности каждой частицы цемента образуется узел. Узел растет и расширяется, пока не соединится с узлами других частиц цемента или не прилипнет к соседним агрегатам.

После того, как бетон тщательно перемешан и станет пригодным для обработки, его следует укладывать в формы до того, как смесь станет слишком густой.

Во время укладки бетон уплотняется, чтобы уплотнить его внутри форм и устранить возможные дефекты, такие как соты и воздушные карманы.

Для плит бетон оставляют стоять до тех пор, пока пленка поверхностной влаги не исчезнет, ​​затем деревянную или металлическую ручную терку выровняют. Плавление дает относительно ровную, но немного шероховатую текстуру, которая имеет хорошее сопротивление скольжению и часто используется в качестве окончательной отделки фасадных плит.Если требуется гладкая, твердая, плотная поверхность, после затирки следует затирка сталью.

Отверждение начинается после того, как открытые поверхности бетона достаточно затвердеют, чтобы противостоять образованию повреждений. Отверждение обеспечивает постоянную гидратацию цемента, так что бетон продолжает набирать прочность. Бетонные поверхности обрабатываются путем опрыскивания водяным туманом или использования влагоудерживающих тканей, таких как мешковина или хлопковые коврики. Другие методы отверждения предотвращают испарение воды за счет герметизации поверхности пластиком или специальными спреями, называемыми отвердителями.

Для защиты бетона во время очень холодной или жаркой погоды используются специальные технологии. Чем дольше бетон будет оставаться влажным, тем прочнее и долговечнее он станет. Скорость затвердевания зависит от состава и крупности цемента, пропорций смеси, влажности и температурных условий. С возрастом бетон продолжает укрепляться. Большая часть гидратации и увеличения прочности происходит в течение первого месяца жизненного цикла бетона, но гидратация продолжается медленнее в течение многих лет.

---

Узнайте, как цемент и бетон формируют мир вокруг нас>

Узнайте больше о преимуществах устойчивости цемента и бетона>

Проектирование бетонной смеси — базовое соотношение

ACI 211.1-91, утверждено повторно в 2009 г., гласит: «Бетон пропорции должны быть выбраны так, чтобы обеспечить удобоукладываемость, консистенция, плотность, прочность и долговечность для конкретное приложение.

• Технологичность : свойство бетона, определяющее его вместимость размещаться и укрепляться должным образом и быть закончено без вредной сегрегации.

• Согласованность : Это — относительная подвижность бетонной смеси, а измеряется в условиях спада; чем больше спад чем подвижнее смесь.

• Прочность : способность бетона противостоять сжатию при возраст 28 дней.

• Гидроцемент (ж / ц) или водоцементное (w / (c + p)) соотношение : Определяется как отношение веса воды к весу цемента, или отношение веса воды к вес цемента плюс добавленный пуццолан.Либо из этих соотношений используется в дизайне смеси и значительно контролирует прочность бетона.

• Прочность : Бетон должен выдерживать суровые погодные условия такие условия, как замораживание и оттаивание, намокание и сушка, нагрев и охлаждение, химикаты, удаление льда агенты и тому подобное. Увеличение бетона долговечность повысит стойкость бетона к тяжелым погодные условия.

• Плотность : Для в определенных областях применения бетон может использоваться в первую очередь за его весовые характеристики. Примеры противовесы, утяжелители для проходки трубопроводов под вода, защита от излучения и изоляция от звук.

• Выработка тепла : Если повышение температуры бетонной массы не сведены к минимуму, а тепло рассеиваться с разумной скоростью, или если бетон подвержены сильному перепаду или температурному градиенту, вероятно возникновение трещин.«

CIVL 1101

3.1 Свойства Бетон

Бетон — это искусственный конгломерат, состоящий из портландцемента, вода и агрегаты. При первом смешивании вода и цемент образуют пасту, которая окружает все отдельные части заполнителя, образуя пластиковую смесь. Химический реакция, называемая гидратацией, происходит между водой и цементом, а бетон обычно переходит из пластичного в твердое состояние примерно за 2 часа.После этого бетон продолжает набирать силу по мере излечения. Типичная кривая зависимости силы от прироста показана на рисунке. 1. Промышленность приняла 28-дневную силу в качестве ориентира, и спецификации часто относятся к испытаниям на сжатие бетонных цилиндров, разрушенных через 28 дней после они сделаны. Полученная прочность имеет обозначение f’c

.

В течение первой недели до 10 дней отверждения важно, чтобы бетон не может замерзнуть или высохнуть из-за любого из этих событий, пагубно сказывается на развитии прочности бетона.Теоретически при хранении во влажном окружающей среды бетон будет набирать прочность навсегда, однако в практическом плане около 90% его силы набирается в первые 28 дней.

Бетон почти не имеет прочности на разрыв (обычно измеряется примерно от 10 до 15% от его прочность на сжатие), и по этой причине он почти никогда не используется без какой-либо формы армирование. Его прочность на сжатие зависит от многих факторов, включая качество и пропорции ингредиентов и среда для отверждения.Самый важный Показатель прочности — соотношение использованной воды к количеству цемента. Как правило, чем ниже это соотношение, тем выше будет конечная прочность бетона. (Этот концепция была разработана Даффом Абрамсом из Portland Cement Association в начале 1920-х годов. и сегодня используется во всем мире.) Минимальное соотношение вода / цемент (соотношение воды и цемента) составляет около 0,3 по весу необходимо, чтобы вода контактировала со всем цементом частицы (обеспечивая полную гидратацию).На практике типичные значения находятся в диапазон от 0,4 до 0,6 для достижения рабочей консистенции, чтобы свежий бетон мог размещаться в формах и вокруг близко расположенных арматурных стержней.

Типичные кривые напряжения-деформации для различных значений прочности бетона показаны на рисунке 2. Большинство конструкционные бетоны имеют значения fc в диапазоне от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм. Однако нижний этаж в колоннах высотных зданий иногда используется бетон с плотностью от 12000 до 15000 фунтов на квадратный дюйм. уменьшите размеры столбцов, которые в противном случае были бы чрезмерно большими.Хотя Рисунок 2 показывает, что максимальная деформация, которую бетон может выдержать до того, как он разрушится, обратно пропорциональна прочности, значение 0,003 обычно принимается (в качестве меры упрощения) для использования при разработке дизайна уравнения.

Поскольку бетон не имеет линейной части кривой напряжения-деформации, его трудно измерить надлежащее значение модуля упругости. Для бетонов до 6000 фунтов на квадратный дюйм это может быть приблизительно

(1)

где w — это удельный вес (pcf), f’c — прочность цилиндра (psi).(Важно, чтобы единицы f’c выражались в фунтах на квадратный дюйм, а не в тысячах фунтов на квадратный дюйм, если квадрат root взят). Плотность железобетона с использованием обычного песка и камня агрегаты около 150 шт. Если для стали допускается 5 фунтов на фут, а w принимается равным 145 в уравнении (1), тогда

(2)

Рассчитанные таким образом значения E оказались приемлемыми для использования при прогибе. расчеты.

По мере затвердевания бетон сжимается, потому что вода, не используемая для гидратации, постепенно испаряется. из затвердевшей смеси. Для больших непрерывных элементов такая усадка может привести к развитие избыточного растягивающего напряжения, особенно если высокое содержание воды вызывает большая усадка. Бетон, как и все материалы, также претерпевает изменения объема из-за тепловые эффекты, а в жаркую погоду тепло от экзотермического процесса гидратации добавляет Эта проблема. Поскольку бетон является слабым при растяжении, из-за этого часто возникают трещины. усадка и перепады температур. Например, когда свежеуложенный бетон плита на слое расширяется из-за изменения температуры, в ней возникают внутренние сжимающие напряжения поскольку он преодолевает трение между ним и поверхностью земли. Позже, когда бетон охлаждает землю сжимается по мере затвердевания) и пытается сжаться, недостаточно прочна в напряжение, чтобы противостоять тем же силам трения. По этой причине суженные суставы часто используется для контроля местоположения неизбежно возникающих трещин и так называемых температурных и Усадочная арматура размещается в тех направлениях, где арматура еще не была указано по другим причинам.Целью этого усиления является приспособление возникающие растягивающие напряжения и минимизация ширины возникающих трещин.

В дополнение к деформациям, вызванным усадкой и тепловым воздействием, бетон также деформируется из-за ползучести. Ползучесть — это возрастающая деформация, возникающая, когда материал выдерживает высокий уровень стресса в течение длительного периода времени. При постоянном приложении нагрузок (например, мертвых нагрузки) вызывают значительные сжимающие напряжения, что приводит к ползучести.В луче, для Например, дополнительное длительное отклонение из-за ползучести может в два раза превышать начальный упругий прогиб. Чтобы избежать этой повышенной деформации, необходимо сохранить напряжения от длительных нагрузок на низком уровне. Обычно это делается путем добавления сжатия стали.

3.2 Пропорции смеси

Ингредиенты бетона могут быть пропорциональны по весу или объему. Цель состоит в том, чтобы обеспечить желаемую прочность и удобоукладываемость при минимальных затратах.Иногда бывают особые требования, такие как устойчивость к истиранию, долговечность в суровых климатических условиях или в воде непроницаемость, но эти свойства обычно связаны с прочностью. Иногда бетон более высокой прочности указаны, даже если более низкое значение f’c соответствовало бы всем структурные требования.

Как упоминалось ранее, для достижения прочного конкретный. Таким образом, может показаться, что просто поддерживая высокое содержание цемента, можно используйте достаточно воды для хорошей удобоукладываемости и все еще сохраняйте низкое соотношение воды и влаги.Проблема в том, что цемент — самый дорогой из основных ингредиентов. Дилемму легко увидеть в схематические графики рисунка 3.

Так как заполнители большего размера имеют относительно меньшую площадь поверхности (для цемента пасты для покрытия), и поскольку меньше воды означает меньше цемента, часто говорят, что следует используйте самый большой практичный размер заполнителя и самую жесткую практичную смесь. (Большинство зданий элементы сконструированы с максимальным совокупным размером от 3/4 до 1 дюйма, более крупные размеры запрещается плотностью арматурных стержней.)

Хорошая индикация содержания воды в смеси, следовательно, удобоукладываемость) из стандартного теста на спад. В этом тесте металлический конус высотой 12 дюймов заполнен свежей бетон определенным образом. Когда конус поднят, масса бетона «сползает» вниз (рис. 4), и вертикальный перепад называют спадом. Большинство бетонных смесей имеют осадку от 2 до 5 дюймов.

3.3 Портлендский цемент

Сырье для портландцемента — железная руда, известь, глинозем и кремнезем, которые используются в различных пропорциях в зависимости от типа производимого цемента.Это измельчали ​​и обжигали в печи для производства клинкера. После охлаждения клинкер очень тонко измельченный (примерно до текстуры талька) и небольшое количество гипса. добавлен, чтобы замедлить время начальной схватывания. Существует пять основных типов портландцемента в используйте сегодня:

• Тип I — Общее назначение

• Тип II — Сульфатостойкий бетон, контактирующий с высокосульфатными почвами

• Тип III — Высокая ранняя сила, которая набирает силу быстрее, чем Тип I, что позволяет быстрее удалять формы

• Тип IV — Низкая теплота увлажнения, для использования в массивной конструкции

• Тип V — Высокая сульфатостойкость

Тип I наименее дорогостоящий и применяется для большинства бетонных конструкций. Тип III также часто используется, потому что он позволяет быстро повторно использовать формы, что позволяет время строительства должно быть сокращено. Важно отметить, что пока Тип III набирает силу быстрее, чем тип I, он не берет свой начальный набор раньше).

3.4 Агрегаты

Мелкий заполнитель (песок) состоит из частиц, которые могут проходить через сито 3/8 дюйма; крупные агрегаты имеют размер более 3/8 дюйма. Заполнители должны быть чистыми, твердыми и с хорошей сортировкой, без естественных плоскостей спайности, которые встречаются в сланце или сланце.Качество заполнителей очень важно, так как они составляют от 60 до 75% объем бетона; невозможно сделать хороший бетон с плохими заполнителями. В сортировка как мелкого, так и крупного заполнителя очень важна, потому что наличие полного диапазона размеров уменьшает количество необходимого цементного теста. Хорошо сортированные агрегаты имеют тенденцию производить смесь также более работоспособна.

Обычный бетон изготавливается из песка и камня, но можно изготавливать легкий бетон. использование промышленных побочных продуктов, таких как вспученный шлак или глина, в качестве легких заполнителей.Этот бетон весит всего от 90 до 125 фунтов на квадратный фут, а высокой прочности добиться труднее из-за более слабых агрегатов. Однако можно получить значительную экономию за счет собственного веса здания, что может быть очень важно при использовании определенных типов почва. Изоляционный бетон изготавливается из перлита и вермикулита, он весит всего около 15 кг. до 40 пкф и конструктивного значения не имеет.

3,5 Добавки

Добавки — это химические вещества, которые добавляются в смесь для достижения особых целей или соответствовать определенным условиям строительства.В основном их четыре типа: воздухововлекающие. агенты, агенты обрабатываемости, агенты-замедлители и агенты-ускорители.

В климатических условиях, где бетон будет подвергаться циклам замерзания-оттаивания, воздух намеренно смешанный с бетоном в виде миллиардов крошечных пузырьков воздуха вокруг 0,004 дюйма в диаметре. Пузырьки создают взаимосвязанные пути, так что вода рядом с поверхность может ускользнуть, поскольку она расширяется из-за отрицательных температур. Без вовлечения воздуха поверхность бетона почти всегда будет отслаиваться при многократном замерзании и оттаивание.(Воздухововлечение также имеет очень полезный побочный эффект увеличения удобоукладываемость без увеличения содержания воды.) Вовлеченный воздух не следует путать с захваченным воздухом, что создает гораздо большие пустоты и вызвано неправильным размещением и уплотнение бетона. Захваченный воздух, в отличие от увлеченного воздуха, никогда не бывает выгодный.

Добавки, повышающие удобоукладываемость, в том числе водовосстанавливающие агенты и пластификаторы, служат для уменьшить склонность частиц цемента связываться вместе в хлопья и, таким образом, полностью уйти увлажнение.Летучая зола, побочный продукт сжигания угля, который имеет некоторое вяжущее properties, часто используется для достижения аналогичной цели. Суперпластификаторы бывают относительно новые добавки, которые при добавлении в смесь служат для увеличения осадки сильно, делая смесь очень жидкой на короткое время и обеспечивая низкое содержание воды или иначе очень жесткий) бетон, чтобы его было легко укладывать. Суперпластификаторы несут ответственность для недавней разработки очень высокопрочных бетонов, некоторые из которых превышают 15000 фунтов на квадратный дюйм потому что они значительно уменьшают потребность в лишней воде для удобоукладываемости.

Замедлители схватывания используются для замедления схватывания бетона, когда необходимо уложить большие массы и бетон должен оставаться пластичным в течение длительного времени, чтобы предотвратить образование «холодные швы» между одной партией бетона и следующей партией. Ускорители служат для увеличения скорости набора силы и уменьшения времени начального схватывания. Этот может быть полезен, когда бетон необходимо укладывать на крутой склон с одинарной формой или когда желательно сократить период времени, в течение которого бетон необходимо защищать от замораживание. Самый известный ускоритель — хлорид кальция, который увеличивает нагрев. гидратации, в результате чего бетон схватывается быстрее.

Другие типы химических добавок доступны для широкого диапазона целей. Некоторые из они могут иметь пагубные побочные эффекты на увеличение силы, усадку и другие характеристики бетона и опытные партии рекомендуется, если есть сомнения относительно использования той или иной добавки.

3.6 Код ACI

Американский институт бетона (ACI), расположенный в Детройте, штат Мичиган, является организацией профессионалов в области дизайна, исследователей, производителей и конструкторов.Одна из его функций — способствовать безопасному и эффективному проектированию и строительству бетонных конструкций. ACI имеет множество публикаций в помощь проектировщикам и строителям; самый важный в Условия строительства строительных конструкций озаглавлены «Требования СНиП к армированным» Бетон и комментарий. Он производится Комитетом 318 Американской компании по бетону. Института и содержит основные рекомендации для должностных лиц строительных норм, архитекторов, инженеры и строители в отношении использования железобетона для строительных конструкций.Представлена ​​информация о материалах и методах строительства, стандартных испытаниях, анализ и проектирование, а также структурные системы. Этот документ был принят большинством органы строительного кодекса США в качестве стандарта. Он предоставляет все правила, касающиеся размеров, изготовления и размещения арматуры, и является бесценным ресурс как для дизайнера, так и для деталировщика.

Периодические обновления происходят (1956, 1963, 1971, 1977, 1983 и 1989 годы), и этот текст делает постоянная ссылка на издание 1989 года, называя его Кодексом ACI или просто Кодексом.Документы и официальные лица также ссылаются на него по его числовому обозначению, ACI 318-89.

3.7 Ссылки

Боэций А. и Уорд1-Перкинс Дж. Б. (1970). Этрусский и римский Архитектура, Penguin Books, Миддлсекс, Англия.
Кэсси, В. Ф. (1965). «Первый структурно усиленный Бетон, Конструкционный бетон, 2 (10).
Коллинз, П. (1959). Бетон, видение новой архитектуры, Фабер и Фабер, Лондон.
Кондит, К. В.(1968). Американское строительство, материалы и технологии от первых колониальных поселений до наших дней, University of Chicago Press.
Дрекслер, А. (1960). Людвиг Майлз ван дер Роэ, Джордж Бразиллер, Нью-Йорк.
Фарбратер, Дж. Э. К. (1962). «Бетон — прошлое, настоящее и Будущее », инженер-строитель, октябрь.
Мейнстоун, Р. Дж. (1975). Разработки в структурной форме, Массачусетский технологический институт Press, Кембридж.

студентов MIT укрепляют бетон, добавляя переработанный пластик | MIT News

Согласно новому исследованию, однажды выброшенные пластиковые бутылки можно будет использовать для строительства более прочных и гибких бетонных конструкций, от тротуаров и уличных ограждений до зданий и мостов.

Студенты бакалавриата Массачусетского технологического института обнаружили, что, подвергая пластиковые хлопья небольшим безвредным дозам гамма-излучения, а затем измельчая хлопья в мелкий порошок, они могут смешать облученный пластик с цементной пастой и летучей золой для получения бетона, который составляет до На 15 процентов прочнее обычного бетона.

Бетон является вторым после воды наиболее широко используемым материалом на планете. На производство бетона приходится около 4,5% мировых выбросов углекислого газа, вызванных деятельностью человека.Таким образом, замена даже небольшой части бетона облученным пластиком может помочь уменьшить глобальный углеродный след цементной промышленности.

Повторное использование пластмасс в качестве добавок к бетону может также помочь перенаправить старые бутылки с водой и газировкой, большая часть которых в противном случае оказалась бы на свалке.

«Ежегодно на свалки вывозится огромное количество пластика, — говорит Майкл Шорт, доцент кафедры ядерной науки и техники Массачусетского технологического института. «Наша технология извлекает пластик со свалки, фиксирует его в бетоне, а также использует меньше цемента для изготовления бетона, что снижает выбросы углекислого газа.Это может привести к перемещению пластиковых отходов со свалки в здания, где это действительно может помочь сделать их сильнее ».

В команду входят Кэролайн Шефер ’17 и старший сотрудник Массачусетского технологического института Майкл Ортега, которые инициировали исследование как проект класса; Кунал Купваде-Патил, научный сотрудник Департамента гражданской и экологической инженерии; Энн Уайт, доцент кафедры ядерной науки и техники; Орал Бююкёзтюрк, профессор кафедры гражданской и экологической инженерии; Кармен Сориано из Аргоннской национальной лаборатории; и короткие.Новый документ опубликован в журнале Waste Management .

«Это часть наших целенаправленных усилий в нашей лаборатории по вовлечению студентов в выдающийся исследовательский опыт, связанный с инновациями в поисках новых, лучших бетонных материалов с разнообразным классом добавок различного химического состава», — говорит Бююкёзтюрк, директор Лаборатории инфраструктурных наук и устойчивого развития. «Результаты этого студенческого проекта открывают новую арену в поисках решений для устойчивой инфраструктуры.”

Кристаллизованная идея

Шефер и Ортега начали исследовать возможность использования бетона, армированного пластмассой, в рамках 22. 033 (Проект проектирования ядерных систем), в котором студентов попросили выбрать свой собственный проект.

«Они хотели найти способы снизить выбросы углекислого газа, а не просто« давайте построим ядерные реакторы », — говорит Шорт. «Производство бетона — один из крупнейших источников углекислого газа, и они задумались:« Как мы можем бороться с этим? »Они просмотрели литературу, и затем идея кристаллизовалась.”

Ученики узнали, что другие пытались добавить пластик в цементные смеси, но пластик ослабил полученный бетон. Продолжая расследование, они обнаружили доказательства того, что воздействие на пластик доз гамма-излучения приводит к изменению кристаллической структуры материала таким образом, что пластик становится прочнее, жестче и жестче. Действительно ли облучение пластика способствует укреплению бетона?

Чтобы ответить на этот вопрос, ученики сначала получили хлопья полиэтилентерефталата — пластикового материала, используемого для изготовления бутылок для воды и газировки — на местном предприятии по переработке отходов. Шефер и Ортега вручную отсортировали хлопья, чтобы удалить кусочки металла и другой мусор. Затем они спустились с образцами пластика в подвал здания 8 Массачусетского технологического института, в котором находится облучатель кобальта-60, излучающий гамма-лучи, источник излучения, который обычно используется в коммерческих целях для обеззараживания пищевых продуктов.

«Остаточной радиоактивности от этого типа облучения нет, — говорит Шорт. «Если что-то воткнуть в реактор и облучить нейтронами, получится радиоактивное вещество.Но гамма-лучи — это другой вид излучения, которое в большинстве случаев не оставляет следов радиации ».

Группа подвергала различные партии хлопьев воздействию низкой или высокой дозы гамма-излучения. Затем они измельчали ​​каждую партию хлопьев в порошок и смешивали порошки с серией образцов цементной пасты, каждый с традиционным порошком портландцемента и одной из двух распространенных минеральных добавок: летучей золы (побочный продукт сгорания угля) и микрокремнезема ( побочный продукт производства кремния). Каждый образец содержал около 1,5% облученного пластика.

После того, как образцы были смешаны с водой, исследователи вылили смеси в цилиндрические формы, дали им затвердеть, удалили формы и подвергли полученные бетонные цилиндры испытаниям на сжатие. Они измерили прочность каждого образца и сравнили его с аналогичными образцами, изготовленными из обычного необлученного пластика, а также с образцами, не содержащими пластика.

Они обнаружили, что в целом образцы из обычного пластика были слабее образцов без пластика.Бетон с летучей золой или дымом кремнезема был прочнее, чем бетон, сделанный только из портландцемента. А присутствие облученного пластика вместе с летучей золой еще больше укрепило бетон, увеличив его прочность на 15 процентов по сравнению с образцами, изготовленными только с портландцементом, особенно в образцах с высокодозным облучением пластика.

Бетонная дорога впереди

После испытаний на сжатие исследователи пошли еще дальше, используя различные методы визуализации, чтобы изучить образцы, чтобы понять, почему облученный пластик дает более прочный бетон.

Команда отвезла свои образцы в Аргоннскую национальную лабораторию и в Центр материаловедения и инженерии (CMSE) Массачусетского технологического института, где они проанализировали их с помощью дифракции рентгеновских лучей, электронной микроскопии обратного рассеяния и рентгеновской микротомографии. Изображения с высоким разрешением показали, что образцы, содержащие облученный пластик, особенно при высоких дозах, демонстрируют кристаллические структуры с большим количеством поперечных связей или молекулярных связей. В этих образцах кристаллическая структура, казалось, также блокировала поры в бетоне, делая образцы более плотными и, следовательно, более прочными.

«На наноуровне этот облученный пластик влияет на кристалличность бетона», — говорит Купваде-Патил. «Облученный пластик обладает некоторой реакционной способностью, и когда он смешивается с портландцементом и летучей золой, все три вместе дают волшебную формулу, и вы получаете более прочный бетон».

«Мы заметили, что в рамках параметров нашей программы испытаний, чем выше доза облучения, тем выше прочность бетона, поэтому необходимы дальнейшие исследования, чтобы адаптировать смесь и оптимизировать процесс облучения для достижения наиболее эффективных результатов». Купваде-Патил говорит.«Этот метод имеет потенциал для достижения устойчивых решений с улучшенными характеристиками как для структурных, так и для неструктурных приложений».

В дальнейшем команда планирует провести эксперименты с различными типами пластмасс, а также с различными дозами гамма-излучения, чтобы определить их влияние на бетон. На данный момент они обнаружили, что замена около 1,5% бетона облученным пластиком может значительно улучшить его прочность. Хотя это может показаться небольшой долей, говорит Шорт, реализованной в глобальном масштабе, замена даже такого количества бетона может оказать значительное влияние.

«Бетон производит около 4,5% мировых выбросов двуокиси углерода», — говорит Шорт. «Уберите 1,5 процента от этого, и вы уже говорите о 0,0675 процента мировых выбросов углекислого газа. Это огромное количество парниковых газов одним махом ».

«Это исследование является прекрасным примером междисциплинарной работы нескольких групп по поиску творческих решений и представляет собой образцовый образовательный опыт», — говорит Бююкёзтюрк.

Эта история была обновлена, чтобы прояснить, что бетон, содержащий как облученный пластик, так и летучую золу, а не только облученный пластик, прочнее, до 15 процентов, по сравнению с обычным бетоном.

Что такое легкий бетон?

Опубликовано 25 апреля 2019 г.

Первое современное использование легкого бетона (LWC) было зарегистрировано в 1917 году, когда American Emergency Fleet Corporation начала строить корабли с этой смесью из-за ее высокой прочности и характеристик. С тех пор LWC стал обычным строительным материалом для возведения прочных несущих стен, мостов и канализационных систем.

Что такое легкий бетон?

Легкий бетон — это смесь, состоящая из легких крупных заполнителей, таких как сланец, глина или сланец, которые придают ему характерную низкую плотность.Конструкционный легкий бетон имеет плотность от 90 до 115 фунтов / фут3, тогда как плотность обычного бетона составляет от 140 до 150 фунтов / фут3. Это делает легкий бетон идеальным для строительства современных конструкций, требующих минимального поперечного сечения фундамента. Он все чаще используется для строительства гладких фундаментов и стал жизнеспособной альтернативой обычному бетону.

Тем не менее, более высокая прочность на сжатие от 7000 до 10000 фунтов на квадратный дюйм может быть достигнута с помощью легкого бетона.Однако это может снизить плотность смеси, так как требует добавления в бетон большего количества пуццоланов и водоудерживающих добавок.

Различия между обычным и легким бетоном

В отличие от традиционного бетона, легкий бетон имеет более высокое содержание воды. Использование пористых заполнителей увеличивает время высыхания; следовательно, чтобы решить эту проблему, заполнители предварительно замачивают в воде перед добавлением в цемент.

Как упоминалось ранее, нормальный бетон может весить от 140 до 150 фунтов / фут3 из-за наличия более плотных заполнителей в их естественном состоянии. В результате многие считают, что обычный бетон дешевле по сравнению с LWC. Однако проекты, выполненные из обычного бетона, требуют дополнительного материала для каркаса, облицовки и стальной арматуры, что в конечном итоге увеличивает общую стоимость. Таким образом, LWC остается экономичным строительным материалом, особенно для крупных проектов.

Практическое применение легкого бетона

Одним из самых популярных сооружений, построенных из легкого бетона, является здание Банка Америки в Шарлотте, штат Нью-Йорк.C. Это показывает, как LWC можно использовать для строительства внушительных конструкций, особенно с учетом того, что вероятность передачи статической нагрузки с одного этажа на другой значительно снижается.

LWC идеально подходит для устройства дополнительных полов поверх старых или даже новых конструкций, поскольку снижает риск обрушения. Таким образом, его можно использовать для успешного строительства мостов, настилов, балок, опор, сборных железобетонных конструкций и многоэтажных зданий с пониженной плотностью. Например, использование LWC на ​​мосту через реку Вабаш позволило строителям снизить плотность строительства на 17% и сэкономить 18% с точки зрения затрат, что составило колоссальный 1 доллар.7 миллионов.

Благодаря низкой теплопроводности и более высокой термостойкости LWC в настоящее время широко используется для изоляции водопроводных труб, стен, крыш и т. Д. Он защищает сталь от коррозии, образуя защитный слой, который также служит для изоляции стальных конструкций от гниения. LWC также обычно используется для строительства межгосударственных полос и полос движения без увеличения статической нагрузки на существующие конструкции.

Виды легкого бетона

Легкий заполнитель

Этот вид легкого бетона производится с использованием пористых и легких заполнителей, включая глину, сланец, сланец, вулканическую пемзу, ясень или перлит.В смесь также могут быть добавлены более слабые заполнители, что влияет на ее теплопроводность; однако это может снизить его силу.

Легкий заполнитель идеально подходит для сборных бетонных блоков или стальной арматуры. Однако более плотные сорта показывают лучшие результаты сцепления между сталью и бетоном, а также улучшенную защиту от коррозии стали.

Газобетон или пенобетон

Этот тип легкого бетона также известен как газобетон или пенобетон, поскольку он создается путем введения больших пустот в массу раствора или бетона.Пустоты обычно вводятся в результате химической реакции или с использованием воздухововлекающего агента.

Пенобетон или пенобетон не требует выравнивания, обладает соответствующей теплоизоляцией и самоуплотняется. Это делает его идеальным для использования в труднодоступных местах и ​​канализационных системах.

Бетон без мелких фракций

Эта форма бетона разработана путем удаления из смеси мелких заполнителей; в результате получается бетон, который состоит только из больших пустот и крупных заполнителей.Вот почему бетон No-Fines имеет лучшую изоляцию и относительно меньшую усадку при высыхании.

No-Fines лучше всего подходит для несущих стен и может использоваться как для внутренних, так и для наружных конструкций. Однако этот тип легкого бетона не следует использовать с железобетоном, особенно из-за его более низкой плотности и содержания цемента.

Плюсы и минусы легкого бетона

Легкий бетон — это гибкий и легко транспортируемый строительный материал, требующий небольшой поддержки со стороны таких материалов, как сталь или дополнительный бетон.Это делает его рентабельным, особенно для крупных строительных проектов.

Кроме того, из-за низкой теплопроводности и огнестойкости LWC является идеальным материалом для изоляции от тепловых повреждений.

Несмотря на меньшую плотность, конструкции, построенные из LWC, вряд ли разрушатся. Фактически, LWC менее склонен к усадке по сравнению с обычным бетоном, а также демонстрирует повышенную устойчивость к гниению и заражению термитами.

Однако LWC также имеет несколько ограничений.