Особо тяжелые и гидратные бетоны

Особо тяжелые и гидратные бетоны применяют в специальных, сооружениях — ядерных реакторах, атомных электростанциях, рентгенокабинетах и т. п. для биологической защиты от радиоактивных воздействий. Для особо тяжелых бетонов характерным свойством является большая средняя плотность. Гидратные бетоны отличаются повышенным количеством химически связанной воды —более 3% по массе, а следовательно, и ядер водорода. Вследствие этого водород, обладая малой молекулярной массой, способствует захвату потока горячих нейтронов, у-лучей и др. Кроме того, эти бетоны обладают достаточно высокой теплостойкостью, теплопроводностью, малой усадкой, хотя полностью исключить усадку и появление трещин на границе контакта цементного камня и металлического заполнителя — задача сложная.

В качестве вяжущих веществ в особо тяжелых бетонах используют портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, гипсоглинозем истый (расширяющийся) цемент, в гидратных бетонах — глиноземистый, расширяющийся, быстротвердеющий, самонапрягаемый и др. Все они в той или иной мере способствуют максимальному химическому и адсорбционному удержанию воды в цементном камне и бетоне. В частности, напрягающий цемент уплотняет структуру бетона, почти полностью исключает усадку. Зона контакта становится плотной и без трещин.

Заполнителями в особо тяжелых бетонах служат весьма тяжелые (с высокой плотностью) магнетит, гематит, барит, металлический скрап, обрезки железа и т. п. Песчаные фракции обычно составляют дробленый бурый железняк, кварцитовые «хвосты», «чугунная дробь и др. Повышения защитных свойств особо тяжелых бетонов достигают введением дополнительных веществ, например карбида бора, хлористого лития, сернокислого кадмия и др., в которые входят соответствующие легкие элементы (бор, литий, кадмий и т. д.).

Заполнителями в гидратных бетонах служат лимонит с гидро-сетитсгм (бурый железняк), серпентин и др., содержащие химически связанную воду в составе, горные породы и минералы. Качество заполнителей для этих видов бетона контролируется по их плотности, минимальной прочности при сжатии, водопоглощению. Их показатели нормируются в определенных допускаемых пределах.

Особо тяжелые и гидратные бетоны изготовляют по обычной технологии с применением бетоносмесителей для перемешивания отдозированных компонентов и вибраторов для уплотнения свежеотформованных бетонных изделий.

Шлакощелочные бетоны получают на основе шлакощелочных вяжущих, в которых алюмосиликатный компонент представлен гранулированным шлаком, а щелочной — соединениями щелочных металлов. В качестве заполнителей в них используют как традиционный природный (гранит, известняк и др.), искусственный (керамзит, перлит) щебень, а также песок, так и мелкодисперсные—мелкие пески, супеси, лёссы, легкие суглинки. Гидроксиды щелочных металлов, образующиеся при гидратации шлакощелочных цементов, вступают в химическое взаимодействие с минералами глин, В результате образуются особо полезные структурные компоненты бетона — нерастворимые щелочные гидроалюмосиликаты, аналоги природных цеолитов и слюд. Поэтому присутствие в заполнителях пылеватых и глинистых примесей полезно, так как образуются дополнительные уплотняющие и упрочняющие компоненты в процессе затвердевания бетона. Их суммарное содержание допускается до 25%. Цементирующим веществом этого конгломерата служат гидратные кристаллические новообразования, возникающие при взаимодействии шлаков и тонких грунтовых частиц со щелочами, а также гелевая масса, пронизанная кристаллическими сростками этих новообразований. Шлакощелочные бетоны обладают комплексом полезных свойств: малым тепловыделением при твердении, высокой водостойкостью и морозостойкостью, коррозионной стойкостью и биостойкостью, высокой абразивной стойкостью и износостойкостью, повышенной жаростойкостью, заданной прочностью и др. Эти свойства в большой мере зависят от характера контакта между шлакощелочным вяжущим и заполнителем в бетонах. Исследования показывают, что в контактной зоне всегда наблюдается экстремум микротвердости, повышенное содержание новообразований, наивысший коэффициент корреляции химических элементов в вяжущем веществе и в соответствии с законом створа структура контактного слоя приближается к оптимальной, что способствует оптимизации общей структуры бетона.

Шлакощелочные бетоны используют в изгибаемых конструкциях, дорожных основаниях и покрытиях, тротуарных плитах, для облицовки каналов, устройства фундаментов, труб, лотков, изготовления стеновых блоков и т. п.

Полимерцементные бетоны и бетонополимеры — разновидности цементных бетонов, в которых участвуют органические полимерные вещества. В полимерцементные бетоны их добавляют в состав бетонной смеси в виде водорастворимых дисперсий (кремнийорганических, поливинилацетатной эмульсии, дивинилстирольного латекса и т. п.). Полимерные вещества, внесенные в состав бетонной смеси в ограниченном количестве, участвуют в процессах формирования структуры на стадии твердения отформованного и уплотненного изделия. В целях ускорения этих процессов иногда в состав вносятся катализаторы, стабилизаторы или некоторые другие дополнительные вещества. Полимерцементные бетоны обладают несколько пониженной прочностью, но увеличенной деформативностью и трещиностойкостью.

Их используют в основном для особо ответственных конструкций и сооружений, например на объектах с высоким уровнем производства и потребления энергии (гидравлические, тепловые и атомные электростанции, химические предприятия, трубопроводы и др.).

Фибробетон — разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены обрезки «фибры». Под этим собирательным названием подразумеваются волокна из металла, отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., а также из стекла, полимеров (главным образом пропилена) и т, п. Фибра выполняет функции армирующего компонента, что способствует улучшению качества бетона, повышает его трещиностойкость и деформативность.

Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки.