1.Бетон араласының құрамы.
Бетон араласпаның құрамын жобалау кезінде, ережедей, цементті аз шығындалғанда болатын берілген беріктікті және қоюылығына қарап жобалайды. Тығыз құрылымды бетондар үшін цементті үнемдеу талабы бетон көлемін толтырғыштармен максималды қанықтыру арқылы жеткізіледі.
Егер ірі толтырғыштың қуыстылығы (гравий және щебень) Vқуыс.і болса, онда уақ толтырғышты қолданған кезінде бетонның толтырғыштармен максималды қанығуы Vуақ = 0,01 Vқуыс.і (0,01 саны қуыстылық пайыздықта көрсетілгендіктен енгізілген) қатынасында болады. Бұл жағдайда уақ және ірі толтырғыштар араласпаның қуыстылығы (%)
V min/ қуыс.у = Vқуыс.у *Vқуыс.і /100
мұнда Vқуыс.у – уақ толтырғыштың (құм) қуыстылығы, %. Мысалы, егер гравийдің қуыстылығы –32 %,ал құмның қуыстылығы 27% болса онда құммен гравий араласпаның ең төменгі қуыстығы 8,6% болады.Осы жағдайда шартты түрде ірі толтырғыштағы барлық қуыстар толық толтырылуы мүмкін деп есептеледі. Нақтыда бұл мүмкін емес, яғни ірі толтырғыштар түйіршіктердің жанасу зоналары жіңішке болады және әрбір жанасу нүктесінің қасында құммен толтырылмайтын қуыстар зонасы пайда болады.
Сонымен, егер құмның көлемін Vуақ = 0,01 Vқуыс.і деп алсақ, онда араласпадағы ірі толтырғыштың түйіршіктері міндетті түрде қозғалтылып аралары ашылып араласпаның қуыстылығы бірнешеге жоғарлайды. Тәжірибеде, бетон араласпаның талап етілетін жылжымалдығы мен қаттылығына қарай толтырғыш араласпадағы құмның көлемін ірі толтырғыштың қуыстылығына қарағанда кішкене жоғары алады.
4.1 Сур. Араласпа қаттылығының уақ және ірі толтырғыштардың көлемдік құрамынан болатын әсері.
И.Н.Ахвердов араласпа қаттылығының уақ және ірі толтырғыштардың қатынасынан тәуелділігін графика арқылы көрсетеді.
Графикті құру үшін обсцисса осі бойынша 0 – ден 1 м3 дейін белгілі масштабта құмның көлемін белгілейді. Содан кейін параллелді керісінше және басқа масштабта ірі толтырғыштың көлемін көрсетеміз: 0 ден Vуақ = 0.01Vқуыс.і аралықта болтын құм шығыны 1 м3 араласпаға 1 м3 тең деп қабылдайды, ал обсцисса осі бойынша қалған кесіндіні (отрезок) ірі толтырғыш шығынының 1 м3 – тен 0 – ге дейін төмендеуіне пропорционалды бөледі.
Ордината осі бойынша сол жағынан (толтырғыш шығыны Vі = 1м3 және құмның Vуақ = 0,01; Vқуыс.і = 0 болғанда) ірі толтырғыштың қуыстылығын Vқуыс.і белгілейді, оң жағынан (Vі = 0 және Vу = 1 м3 кезінде) – құмның қуыстылығын , ал құмның көлеміне қарсы - араласпаның минималды қуыстылығын белгілейді. Нүктелерді сызықтармен қосып сол немесе басқа сәйкестікте алынған ірі және уақ толтырғыш араласпаның қуыстылығына сай ординаттары болатын графикті аламыз.
Мысалы: егер V - 32% және V = 27% (3.1 сур) болған кезде ірі толтырғыш тың шығының 1 м3 аралапаға V = 0,9м3 қабылдасақ, онда құм V = 0,4м3 көлемінде қажет болады және араласпаның қуыстылығы V = 11% құрайды;
егер Vі= 0,7м3, онда
Vу= 0,55м3 , ал
Vқуыс.ар = 14,5% және т.б.
Толтырғыш араласпаның қуыстылығы цемент қамырының шығының анықтайды. Неғұрлым араласпада ірі толтырғыш аз болса, соғұрлым қуыстылық және цементтік қамырдың шығыны жоғары болады. Егер ірі толтырғыштарды қолданудан бас тартсақ, онда уақ түйіршікті бетонды аламыз, бірақ жоғарыда көрсетілгендей толтырғыштың қуыстығы 27% құрайды, ал ол ірі толтырғыштардың 0,9 м3 көлемімен бетон араласпасының 1м3 шығындалғанда 2,5 есеге көп болады. Соған сәйкес цемент шығыны да жоғарылайды. Сондықтан, ережедегідей бетон араласпасын ірі толтырғышпен қанықтыруға талпынады (араласпаның 1 м3 көлеміне ірі толтырғыш 0,7 м3 кем емес).
Н.Я.Спивак жеңіл бетон үшін толтырғыштардың түйіршіктік құрамын «құрылымдық фактор» арқылы бағалауғы ұсынды – үйінді түрдегі уақ толтырғыш көлемінің фракция бойынша уақ және ірі толтырғыштар көлемдерінің қосындысына тең. Цементтің ең төмен шығыны болғанда жеңіл бетонның жағымды қасиеттерін қамтамасыз ететін осы көрсеткіштің оптималды мәні араласпаның бірлік көлемінде фракциялар бойынша уақ және ірі толтырғыштар қосындысының максималды мәнімен анықталады, яғни толтырғыш араласпаның ең төмен қуыстылығымен.
Цементтің шығының төмендету мақсатында төмен қуыстылығы бар ірі толтырғыштарды қолданған жөн. Ол үшін толтырғыш фракцияларының ірілігі бойынша әр түрлі рационалды араласпаларды жасайды.
Толтырғыш араласпасында түйіршіктердің ірілігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым цементтің шығыны да төмен болуы мүмкін, яғни әр бір толтырғыштың ірі түйіршігі бетон араласпасының көлемінде өзіне тең көлемді алып тұрады. Сондықтан үлкен ғимараттарды бетондаған кезде әдеттегі толтырғыштан басқа «изюм» деп аталтын – ірі тастар, тас және т.с.с. қосады.
МЕСТ бойынша толтырғыштың шеткі ірілігі темір бетондағы шеген сымдарының арасында болатын ара қашықтығын ¾ жоғары болмау тиіс немесе арқалық элементтер қимасының ¼ ең төмен өлшемінен немесе тақта элементтерінің қалындығының ½ тең деп қабылданылуы мүмкін. Сонмен қатар толтырғыштардың шеткі ірілігінің төмендеуі цементтің шығындалуына әкелетінін еске салған жөн.
Цементтік қамыр толтырғыш түйіршіктер аралықтарының толтыруға және оның барлық түйіршіктерін майлауға шығындалады. Сол кезде цементтік қамырдың тұтқырлығына байланысты толтырғыш түйіршіктерінің аралықтары кем немесе артық ашылуы мүмкін. Сонымен қатар толтырғыштардың 1 м3 оның түйіршіктерінің цементтік қамырмен майланудың нәтижесінде кеңейіп қалады. Бетонның қосымша көлемі пайда болады.
ΔVб = σ (SқП + Sч Г)
Мұнда σ – цементтік қамырмен толтырғыш түйіршіктерінің майлану қабатының қалындығы;
Sn, Sч – сәйкестік құм мен ірі толтырғыштың меншікті беті.
П және Г – сәйкесті (масса бойынша) құм мен ірі толтырғыштың шығыны.
И.Н.Ахверлов бойынша бетонның 1 м3 цементтік қамырдың минималды шығыны мынандай.
Vт = 0,01Vқуат.ар + σ (SқП+SчГ)/1+σ (SқП+SчГ);
Бетонның 1 м3 – на цементтік қамырдың шығыны неғұрлым жоғары болса, соғұрлым толтырғыштың меншікті беті жоғары болады. Сол кезде ең жоғары меншікті бет құмда болады, яғни неғұрлым түйіршіктер уақ болған сайын соғұрлым меншікті беті жоғары болады. Сондықтан көрсетілген формулаларда жақшада бірінші санның салмағы жоғары.
Гравийдің меншікті беті 1...5 см2/г құрайды, орташа ірілікті әдеттегі құмның 40....70 см2/г, ал уақ құмда – 200 см2/г дейін болады, яғни 20м2/кг немесе 2 га/т. Әрине тым уақ құмдарды қолдану цементтің шығындалуына әкеледі.
Жоғарыда көрсетілгендей толтырғыштардың қуыстылығы және меншікті беті тек ірілігіне тәуелді болмайды, яғни олардың пішіндері де әр түрлі болуы мүмкін. Түйіршіктері домалатылған пішінді, жинақы салынатын және бірдей ірілікті гравий щебеньге қарағанда қуыстылығы төменірек және түйіршікті меншікті беті аздау болады. Кеуекті толтырғыштардың кейбір түрлерінде өте дамытылған беті ашық кеуектілік және жоғары қуыстылығы болады (табиғи және қозынды пемза аглопоритті щебень, жанармай қозындылары). Мұнай толтырғыштар үшін бетонда (цементтік қамырда) зерттеу кезінде алынатын сипаттамаларын обьективті бағалаған ерекше маңызды.
Сонымен тығыз құрылымды бетонды алуға қажетті цементтің қамырдың шығыны толтырғыштардың сапасы мен құрамына тәуелді болады. Бірақ толтырғыштар цементтік қамырдың шығынына әсер етуімен бірге оның сапасына да әсер береді, яғни бетон араласпасындағы судың бөлігін байланыстырады және нақты су цемент қатынасын өзгертеді. Оны білу үшін толтырғыштардың су қажеттілігін алдын ала анықтап есепке алған жөн.
Ауыр бетон үшін әдеттегі толтырғыштардың су қажеттілігін анықтау есебі қарапайым, яғни негізінде толтырғыш түйіршінің беттерін дымқылдатуға қосатын суды есептейді. Егер толтырғыштар кеуекті болса, онда олар бетон араласпадан суды көбірек сіңіруге қабілетті болады, сонымен бірге бұл процесс баяу өтеді.Бұл құбылыстың маңыздылығын бағалау бойынша ешқандай пікір қалыптаспаған,яғни ол сол прцесстің және салдарының қиыншылықтарымен байланысты.
М.З.Симонов бойынша кеуекті толтырғыш негізінде жасалынатын жеңіл бетонда өзімен өзі вакуумдану процессі пайда болады: толтырғыштар микросорап сияқты суды сорып цементтік қамырды тығыздайды. Нәтижесінде цементтік тастың беріктігі жоғарлайды, толытрғыш бетімен ілінісуі жақсарады және бетон беріктігі ұлғаяды. Көпшілік зерттеулер бұл көзқарасты эксперименталдық мәліметермен дәлелдейді және оған сай жеңіл бетонның жанасу зоналарында цементтік тастың беріктігі жоғарырақ және тығыз құрылымды болады деп дәлелденген.
Н.К.Хохрин өзінен - өзі вакуумдану бетонның жоғары химиялық тұрақтылығымен байланыстырады және соған байланысты жоғары капиллярлық су сіңірушілігі бар толтырғыштарды қолдануды ұсынады.
Басқа мәліметтер бойынша (Т.Ю.Любимова) кеуекті толтырғыштармен жанасу зоналарында цементтік қамырдың микроқаттылығы төмендейді. Жие егер кеуекті толтырғыштармен жанасу зонасында цементтік тас тығыз болса, онда оның түйіршік аралықтағы зоналарында ол борпылдақтанып қалады.
Шетелдік тәжірибеде кеуекті толтырғыштарды әдеттегідей алдын ала ылғандандыруды ұсынады. Зерттеулер бойынша суға қаныққан кеуекті толтырғыштарда (өзінен - өзі вакуумдану болмайды) жасалынан бетонның беріктігі құрғақпен салыстырғанда бірдей болады.
Одесса инженерлік – құрылыс институтында (А.А.Кучеренко және т.б.) гидрофобизациялау мақсатымен кеуекті толтырғыштың (керамзитгравийдың) бетін ГКЖ – 94 эмульсиясымен алдын ала өңдеу зерттеліп ұсынылуда. Нәтижесінде толтырғыштың су сіңірушілігі шұғыл төменделеді және бұл зерттеу мәліметтері бойынша бетон беріктігіне және төзімділігіне жағымды әсер береді.