Плотность бетона м350: Страница не найдена

Содержание

Марка бетона, плотность, состав — Stroim-svoi-dom.ru

При строительстве фундаментов, ростверков, отмостки, подпорных стен, стяжек полов и других конструкций, приходится задаваться вопросом «Какую марку бетона выбрать?», «Как приготовить бетонную смесь?», «Какая будет прочность и плотность бетона?», «В каких пропорциях брать воду, песок, цемент, гравий?».

Такие мысли возникают не случайно. Ведь от правильно приготовленной бетонной смеси зависит прочность всей конструкции, а например для фундамента надежность всего строения.

В этой статье рассмотрим какая марка бетона и для какой конструкции лучше подходит, а после чего будет рассмотрена таблица, в которой будут указаны необходимые пропорции.

Бетон всегда нужно подбирать в зависимости от вида конструкции, от нагрузок которые она несет, от функций которые она выполняет. Например, для фундамента нужен более прочный бетон, а при заливке стяжки для пола подойдет бетонная смесь меньшей марки.

Классификация бетонов и их применение

Марка бетона обозначается буквой «М», а далее идет число, которые указывает на прочность бетона. Например м 200 означает что бетон может выдержать нагрузку 200 кг на 1см

2. Так же есть альтернативное обозначение буквой «В», которое выражает прочностные характеристики в других единицах. Например, в10 означает, что максимальное давление, при котором можно использовать этот класс бетона составляет 10 МПа.

В таблице приведены соответствия этих двух обозначений.

Марка бетона М100 М150 М200 М250 М350
Класс бетона В7,5 В10, В12,5 В15 В20 В25

Бетон М 100

Это так называемый «тощий бетон», который применяется как слой-прокладка при подготовительных работах для выравнивания поверхности и лучшего сцепления с грунтом. Например, перед заливкой плитного фундамента, сначала делают прослойку из тощего бетона не более 5 см, а после застывания заливают плиту.

Бетон М 150

Более прочный состав. В основном применяется при заливке стяжки для пола, бетонирования дорожек, для легких дворовых построек. Так же может использоваться как подготовительный слой.

Бетоны марок М 200, М 250

Наиболее распространённые марки бетона для частного строительства. Используются для всех видов фундамента, для устройства отмостки, при заливке плитоперекрытий, для лестниц, стен и т.д. Так же могут использоваться как предыдущие две марки. Обладают хорошими прочностными характеристиками, достаточными для индивидуального строительства.

Бетон марки М 300, М 350

Используют для конструкции, которые испытывают высокие нагрузки, такие как различные колонны, для устройства свайно-ростверкового фундамента, при заливке чаш бассейнов с добавление гидроизолирующих добавок.

Бетоны более высоких марок начиная от М 400 для частного строительства применяются редко, потому что нет необходимости в такой высокой прочности. К тому же, такие составы имеют малое время схватывание и высокую стоимость. В основном применяется для изготовления мостов, бункеров, банковских хранилищ, различных гидротехнических сооружений т.е. для сооружений, которые подвержены большим нагрузкам или требующих высокой надежности.

Состав бетонной смеси для различных марок

Для получения бетона нужной марки, нужно в точности соблюдать пропорции входящих в него компонентов.

Основной частью бетона является цемент. Наиболее распространенными являются цемент марки М400 и М500, на основе которых будут приведены составы в таблице. Основные компоненты цемент (Ц), песок(П), щебень(Щ), вода(В).

Марка бетона Цемент М-400
Цемент М-500
Массовый состав (кг)
Ц : П : Щ : В
Объемный состав
Ц : П : Щ : В
Массовый состав (кг)
Ц : П : Щ : В
Объемный состав
Ц : П : Щ : В
М100 1 : 4,6 : 7,0 : 0,85 1 : 4,1 : 6,1 : 0,85 1 : 5,8 : 8,1 : 0,9 1 : 5,3 : 7,1 : 0,9
М150 1 : 3,5 : 5,7 : 0,75 1 : 3,2 : 5,0 : 0,75 1 : 4,5 : 6,6 : 0,85 1 : 4,0 : 5,8 : 0,85
М200 1 : 2,8 : 4,8 : 0,63 1 : 2,5 : 4,2 : 0,63 1 : 3,5 : 5,6 : 0,71 1 : 3,2 : 4,9 : 0,71
М250 1 : 2,1 : 3,9 : 0,56 1 : 1,9 : 3,4 : 0,56 1 : 2,6 : 4,5 : 0,64 1 : 2,4 : 3,9 : 0,64
М300 1 : 1,9 : 3,7 : 0,5 1 : 1,7 : 3,2 : 0,5 1 : 2,4 : 4,3 : 0,6 1 : 2,2 : 3,7 : 0,6

Приведу краткое разъяснение. Предположим вы купили цемент марки М 400 и решили сделать стяжку для пола. Наиболее подходящим будет бетон М 150. Для этого вам понадобится 1 кг цемента, 3,5 кг песка, 5,7 кг щебня и 0,75 литров воды.

Обратите внимание, что в примере выше, расчет был произведен в килограммах. Часто бывает удобнее пользоваться соотношением выраженном в объеме, например в ведрах. Для получения той же марки нужно взять 1 ведро цемента, 3,2 ведра песка, 5 ведер щебня и 0,75 ведра воды.

Не нужно путать марку цемента и марку бетона.

Плотность бетона

Однозначно ответить на вопрос «Какова плотность бетона?» невозможно, потому что существует множество факторов влияющих на этот показатель. Основной момент влияющий на плотность бетона это состав заполнителя. Например, щебень, который используется в качестве заполнителя по своей структуре более плотный чем керамзит, соответственно плотность этих двух составов будет разной. На плотность бетона так же влияет зернистость песка, качество цемента, воды, присутствие различных примесей.

Поэтому условно существует разделение на следующие виды:

Особо тяжелые, плотность которых более 2500 кг/м3. В качестве заполнителя служат такие горные породы как чугунный скрап, магнетит, барит. Применяются для защитных конструкций типа бункеров и различных подземных хранилищ.

Тяжелые, плотностью1800 — 2500 кг/м3. Наиболее распространённый вид, который используют для заливки фундаментов, стен, бетонных ограждений, стяжек т.е. различных конструкций.

Легкие, плотностью от 500 кг/м3 до 1800 кг/м3. В их состав может входить пемза, керамзит, различные шлаки, пенообразующие добавки. К ним относятся такие материалы как газобетон, пенобетон, шлакоблоки.

В свою очередь легкие бетоны подразделяются на конструкционные плотностью 1400-1800 кг/м3 и изоляционные плотность менее 1400 кг/м3.

Теплоизоляционные бетоны, плотность которых менее 500 кг/м3. Как понятно из названия нужны для утепления стен и полов.

Характеристики, прочность, пропорции приготовления 1 куба — завод в Москве

Применение жидких бетонных смесей марки М350

Материал востребован в строительных процессах:

  1. Строительство ленточного, плитного фундамента под тяжелые сооружения.
  2. Заливка опор свайно-ростверковых основ.
  3. Изготовление автомобильных дорог с повышенной проходимостью.
  4. Частное строительство домов, обустройство территорий.
  5. Изготовление монолитных железобетонных конструкций.

Описание основных характеристик марки М350

Главные технические показатели:

  1. Прочность БСТ B25. Монолитный камень после набирания максимальной прочности не растрескивается под сжатием силой 25 Мпа. Хорошая устойчивость к нагрузкам становится возможной благодаря большому количеству цемента.
  2. Пластичность П2-П4. Увеличить значение можно путем добавления пластификаторов.
  3. Водоустойчивость W8. Благодаря достаточно плотной структуре материал плохо впитывает жидкость. В застывшем монолите отсутствуют поры, воздушные полости.
  4. Плотность. Экспериментальные силовые нагрузки не оставляют следов.
  5. Морозостойкость F200. Благодаря высокой плотности раствора он способен выдержать пару сотен циклов смены плюсовых, минусовых температур без потери внешнего вида, ухудшения технических характеристик.

Пропорции готовой бетонной смеси БСГ

Самостоятельное изготовление раствора требует обязательного соблюдения технологии, рекомендуемых пропорций. Добавлять вспомогательные вещества можно только со знанием дела – увеличенное количество добавок навредит качеству, свойствам бетона.

Соотношение сырья

Придерживаясь рекомендуемых пропорций компонентов при самостоятельном изготовлении раствора, получают массу, отвечающую государственному стандарту, заявленным техническим характеристикам. Количественное соотношение компонентов для М400:

  • 1 тонна цемента;
  • 3,1 тонны щебня;
  • 1,5 тонны песка.

Для М500:

  • 1 тонна цемента;
  • 3,6 тонны щебня;
  • 1,9 тонны песка.

Пропорции сухих компонентов:

  • 100 литров цемента М400/М500;
  • 280/360 литров щебня;
  • 140/190 литров песка.

Изготовление бетона в заводских условиях

Бетонный узел в Москве производит готовый бетонный раствор БСГ из:

  1. Портландцемент М400 высокого класса прочности для получения монолита с хорошими техническими показателями.
  2. Наполнитель двух видов – песок речной или карьерный, очищенный от посторонних примесей и щебень, который могут заменять среднефракционным гранитом или мелкофракционный известняк.
  3. Вода. Постепенное введение жидкости позволяет получить однородную массу без комков.
  4. Присадки. Пластификаторы повышают пластичность, противоморозные компоненты понижают минимально допустимое значение температуры, открывая возможность использования бетона в северных регионах.

Плюсы и минусы

Преимущества бетона М350:

  1. Высокая прочность. Искусственный камень выдерживает нагрузки на сжатие, истирание, без потери основных свойств;
  2. Подвижность. Раствор легко заливать в разные формы. Пластификаторы улучшают показатель;
  3. Бетонировать можно при минусовых температурах, предварительно добавив специальные присадки;
  4. Устойчивость к воздействиям сейсмического и сезонного рода значительно продлевает срок эксплуатации монолитной конструкции;
  5. Безопасность. Используемые компоненты не имеют токсического запаха, испарений.

Высокопрочный тяжелый бетон на граните и гравии марки М350 имеет широкую сферу применения благодаря высоким технологическим характеристикам, используется во многих несущих конструкциях. Покупка готового раствора гарантирует высокое качество, соответствие государственным стандартам.

Бетон М350 В25 — Официальный сайт производителя сухих строительных смесей в Москве

Одним из наиболее распространенных бетонов из класса тяжелых является бетон М350 В25. Это обусловлено строгим контролем за проектными требованиями согласно ГОСТа. Его широко используют при возведении колонн, балок, перекрытий, дорожных плит, монолитных и железно-бетонных конструкций, на которые приходятся сильные воздействия внешней среды и максимальные нагрузки. Данная марка бетона востребована не только в промышленном и гражданском строительстве, но и в частном.

Характеристики и состав

Бетон М350 В25 производится из цемента (содержание в составе не более 17%), песка (50% состава), щебня (33% от массы) и воды. Для улучшения качества и свойств раствора, в него добавляют пластификаторы и специальные добавки для повышения морозостойкости, в количестве, согласно проектной рецептуре.

Одним из важных технологических требований является тщательное перемешивание всех компонентов, поскольку однородность получаемой смеси существенно влияет на ее качественные показатели. Бетон М350 В25 характеризуется следующими показателями:

  • плотность бетона – 2345-2460 кг/м3;
  • отталкивание влаги – W6-W10;
  • прочность на сжатие – 32 МПа;
  • прочность на изгиб – 3-3,6 МПа;
  • подвижность масс – П2-П5;
  • жесткость – Ж3-Ж4;
  • устойчивость к заморозкам – F100- F300;
  • схватываемость – в течении двух часов.

Наличие ряда преимуществ бетона М350 В25, таких, как высокая прочность, хорошая сопротивляемость воздействию климатических и погодных нагрузок, пластичность, устойчивость к коррозии и износу, позволяет использовать его при сооружении сложных конструкций, в том числе с нагрузками в различных плоскостях.

Существует много видов бетона, имеющие свои характеристики, область применения и ценовую шкалу. Бетон М350 В25 соединил и качество и приемлемую стоимость.

Поделиться с друзьями

Как сделать бетон М350 своими руками


Как сделать бетон М350 своими руками? М350 – это элитный, прочный бетон, пригодный для строительства домов, гаражей, мостов, перекрытий, сложных ЖБИ, гидравлических строений и даже объектов в местах с неблагополучными природными условиями. Другими словами, данный материал идеально подходит для возведения конструкций с высокими технико-эксплуатационными требованиями.

Всем хочется крепкий дом, чтобы построить его на века, при этом максимально сэкономить собственные средства без ущерба для качества.

Как сделать бетон М350

Нужно помнить, что данный бетон предназначен, для использования в ответственном строительстве и качество создаваемого материала отражается на прочности конечного, (например, жилого) помещения, подвергая риску жизнь и здоровье людей. Именно поэтому стоит не пренебрегать технологиями смешивания бетонной смеси, учитывать все нюансы и приобретать только качественные компоненты у проверенных производителей. Несмотря на то, что с более жидким раствором легче работать, крайне не рекомендуется отступать от пропорций рецепта и нарушать количество воды в составе смеси. При расчете состава смеси, важно помнить, что песок тоже содержит процент влажности.

Применение и расчет пропорций бетона М350

Благодаря высокой прочности и долговечности в строительстве всегда ценился натуральный камень. Но его добыча, обработка и кладка относятся к весьма трудоемким процессам, что сказывается на себестоимости материала и сооружений из него. Именно поэтому уже в древности стали появляться искусственные аналоги природного камня.
Наиболее эффективным среди них стал бетон на основе портландцемента. Бетон М350 является отличным конструкционным материалом, позволяющим изготавливать ответственные конструкции различного назначения.

Назначение и особенности

Тяжелый бетон является наиболее востребованным типом искусственного камня. За счет высокой плотности и прочности этот материал способен служить более 150 лет. Если рассматривать материалы, наиболее востребованные в различных областях строительства, то именно бетон М350 или В25 чаще всего используется для изготовления несущих конструкций и различных сборных элементов.

Чтобы изготовить бетон М350, особенностью которого является состав с большим расходом вяжущего, необходимо точно соблюсти пропорции сырьевых компонентов на 1 м3. Кроме того, необходимо помнить, что такой материал не терпит применения песка или крупного заполнителя низкого качества.

Для обеспечения заданной плотности, всех видов прочности, высокой морозостойкости и низкой водонепроницаемости в составе композита требуется применять песок с модулем крупности 1,8 – 2,5, а также крупный заполнитель из плотных горных пород с маркой по дробимости не ниже М800.

Области применения

Искусственный камень этого класса обладает высокой плотностью и прочностью на уровне 33 МПа, что позволяет использовать его при изготовлении несущих колонн, опор, ригелей, плит перекрытия, дорожных и аэродромных плит, а также элементов шахт лифтов и других конструкций, составляющих остов любого здания. Часто бетон этого класса применяют для устройства основания в промышленных или складских помещениях, ведь для движения специальной техники требуется материал высокой прочности.

Бетон М350 востребован в монолитном и гидротехническом строительстве, при изготовлении ЖБИиК, а также при устройстве дорожных одежд. Выверенный рецепт композита и точное соблюдение состава на 1м3, а также обеспечение качественного перемешивания сырьевых компонентов являются обязательным условием для получения качественного бетона В25.

Основные параметры материала

Бетон М350 относится к материалам среднего сегмента. Для его изготовления требуется больше вяжущего на 1м3, чем для рядовых классов, поэтому технические характеристики бетона М350 гораздо разнообразнее. Для искусственного камня подобного класса и состава выделяются следующие основные параметры:

  • предел по прочности на сжатие,
  • прочность на растяжение при изгибе,
  • плотность,
  • морозостойкость,
  • водонепроницаемость,
  • водопоглощение (для дорожных бетонов и элементов мощения),
  • марка по подвижности бетонной смеси,
  • воздухосодержание (для мостового и дорожного строительства).

Прочность бетона определяет его способность противостоять механическим нагрузкам различного типа. Именно прочность является базовым свойством, по которому ведется проектирование состава материала.

Морозостойкость демонстрирует способность композита выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без разрушений. В теле бетона присутствует вода, поэтому при переходе через 0 0С в порах может образовываться лед, способный разрушать структуру материала. Именно поэтому морозостойкость является одним из параметров долговечности. Водонепроницаемость характеризует плотность тела композита и его способность сопротивляться внешним воздействиям.

Базовые характеристики материала и их численные значения представлены в таблице.

Смешивание компонентов

Смешивание компонентов происходит с помощью стационарного бетоносмесителя до получения полной однородности состава. Иногда применяют специальный строительный миксер. Назначение М350 подразумевает только автоматический режим замешивания, исключая ручной вариант. Соблюдая все технические тонкости, используя качественные ингредиенты и тщательно соединяя их с помощью специального оборудования, можно без труда получить действительно прочный, долговечный и полностью экологичный материал. Для получения первосортного продукта важно всё делать быстро, но поэтапно. Обязательно используется, пусть и небольшая, но профессиональная машина для замешивания бетона (бетоносмеситель), поскольку вручную создать достаточную однородность состава раствора практически невозможно.

Бетон M350 класс В25 и его особенности. Свойства, характеристики, область применения

Бетон М350 получил в строительстве широкое распространение. Его используют при возведении монолитных фундаментов, плит перекрытий, колонн и пр. Другими словами – это конструкционный бетон, который применяется для возведения сооружений, на долю которых приходятся наибольшие нагрузки.

Заливка стяжки бетоном М350

Далее мы рассмотрим основные свойства и особенности данного раствора, а также технологию его изготовления.

Свойства и характеристики

Тяжелый бетон класс В25 М350 в современном коммерческом строительстве является лидером по популярности, о чем свидетельствуют данные продаж. Это обусловлено проектными требованиями строений, которым соответствует данный материал.

Показателем прочности является класс В25. Это обозначение говорит о том, что один кубический метр бетона может выдержать давление равное 25 Мпа без нарушения целостности. Конечно же, кроме прочности, другие характеристики бетона М350 тоже довольно привлекательные:

Совет! Так как готовый бетон получается очень твердым и прочным, его механическая обработка вызывает определенные сложности. Поэтому все операции осуществляются алмазным инструментом, к примеру, строителями зачастую выполняется алмазное бурение отверстий в бетоне, а также резка железобетона алмазными кругами.

Заливка чаши бассейна

Область применения

В результате всех вышеперечисленных характеристик, область применения материала весьма обширна. Как уже было сказано выше, марка бетона М350 в первую очередь используется при возведении несущих конструкций. В частности, благодаря высокой прочности, его используют при изготовлении многопустотных плит перекрытий.

Структура бетона М350

Кроме того, материал применяют при заливке дорожных плит аэродромов. Также строители активно используют такие свойства материала, как водонепроницаемость. В частности М350 применяется при обустройстве чаш бассейнов и других гидросооружений.

Пропорции по марке бетона

Марка портландцементаМарка бетонаПропорции по объему, лОбъем бетона, л, при расходе 10 л. цемента
ЦементПескаЩебня
40010014,16,178
15013,25,064
20012,54,254
25011,93,443
30011,73,241
40011,12,431
45011,02,229
50010015,37,190
15014,05,873
20013,24,962
25012,43,950
30012,23,747
40011,42,836
45011,22,532
Количество воды не указанно и зависит от требуемой консистенции и пластичности бетона.

Бетон м350 можно замешивать, как в ручную, так и механическим способом. Безусловно, второй вариант обеспечивает большее качество бетона, поскольку создает однородную по составу смесь, равномерно распределяя все ингредиенты.

Бетон М350 – технические характеристики

Популярный в строительной сфере материал маркируется индексом М 350. Бетон обладает комплексом свойств, позволяющим использовать его для решения широкого комплекса задач. Остановимся детально на характеристиках распространенного стройматериала.

Главные показатели раствора М350:

  • повышенная прочность. Застывший монолит способен без появления трещин воспринимать сжимающую нагрузку до 25 МПа, что соответствует классу В25. Увеличенный запас прочности достигается благодаря использованию при замесе портландцемента в увеличенном объеме;
  • пластичность. Показатель подвижности бетонной смеси располагается в интервале П2-П4. Проверенная рецептура позволяет вводить специальные присадки, которые называют пластификаторами. Они позволяют, при необходимости, повысить степень подвижности бетонного раствора;

Самым эффективным является бетон М350 В25 на основе портландцемента

  • водостойкость. По степени водонепроницаемости смесь М350 соответствует показателю W8. Бетонный массив после твердения имеет плотную структуру, в которой отсутствуют воздушные поры и полости. Это обеспечивает высокую степень защиты массива от поглощения влаги;
  • морозоустойчивость. Строительный материал по показателю морозостойкости соответствует значению F200, что позволяет применять раствор в условиях сурового климата. Монолит не утрачивает структурной целостности после 200 циклов замораживания и оттаивания;
  • плотность. Повышенная плотность бетонного массива позволяет сохранять целостность монолита под воздействием поверхностного износа, а также экстремальных нагрузок. В зависимости от применяемого заполнителя и его крупности, 1 кубический метр раствора весит 2,2–2,4 тонны.

Благодаря повышенным эксплуатационным характеристикам и уникальным свойствам материал пользуется повышенной популярностью и востребован специализированными организациями и частными застройщиками.

Основные достоинства

К достоинствам материала относится:

  • повышенная прочность бетона М350 – готовый бетонный массив, устойчив к разрушению под нагрузками на сжатие и истирание;
  • высокая подвижность раствора (добавление пластификаторов увеличивает эластичность) – материал удобен в укладке;
  • возможность вести бетонные работы круглый год, при необходимости повысив морозоустойчивость раствора путем введения присадок;
  • длительных эксплуатационный срок бетонного монолита – он устойчив ко всем видам внешних воздействий;
  • высокая плотность бетона М350 – монолитная конструкция устойчива к набору влаги, выдерживает высокие нагрузки;
  • экологическая чистота – используемое сырье не оказывает вредного воздействия на здоровье людей и окружающую среду.

Состав и пропорции

Чтобы правильно спроектировать бетон с классом прочности В25 необходимо рассчитать количество компонентов, которые потребуются для приготовления. К их числу относятся:

  • Портландцемент;
  • Песок;
  • Щебень;
  • Вода;
  • Добавки, служащие для повышения пластичности (удобоукладываемости) жидкой бетонной смеси, плотности, морозостойкости, водонепроницаемости, других свойств.

Одним из главных параметров при приготовлении бетонного раствора, является водоцементное соотношение, то есть пропорция в весовых частях на единицу объема воды и цемента. Недостаточное количество жидкости приведет к сложностям при перемешивании, ухудшению удобоукладываемости. Избыток — к тому, что структура получится рыхлой, будет пронизана сетью пузырьков воздуха и усадочных трещин, которые приведут к снижению несущей способности.

Для приготовления смеси В25 обычно используют цемент с более высокой прочностью, то есть его марка должна быть не ниже М400…М500.

В качестве мелкого заполнителя используют кварцевый песок, который может быть речным или карьерным. Лучше использовать чистый речной песок, так как карьерный может содержать примеси, отрицательно влияющие на процесс схватывания.

Крупный заполнитель — щебень. Для приготовления раствора чаще всего используют — гравийный, или гранитный с фракцией 30…50 мм. Применение гранитного щебня увеличивает плотность и морозостойкость.

Состав бетона класса B25, пропорции, для приготовления 1 кубического метра раствора с подвижностью П3, без пластификаторов и иных добавок приведены в таблице:

Состав

Бетон М 350 имеет пропорции:

  1. Цемент 400 – 10 кг.
  2. Песок сеяный 15 кг.
  3. Щебень средней фракции 32 кг.

При использовании цемента марки 500, потребуется пропорция:

  1. Песок 15 кг
  2. Щебень 32 кг

Для повышения прочностных показателей, нередко вместо щебня обыкновенного вводят гранитный.

Подобный материал повышает плотность до 805 кг/м3, это коэффициент прочности материала возрастает до 2650 кг/м3. Марка В25 (бетон 350) наиболее употребительна, в составе содержится большой процент цемента, поэтому раствор застывает в течение короткого времени.

Где может использоваться бетон?

Бетон с самыми большими показателями прочности — В27 и стойкостью к морозам Ф200, применяется при заливке плит из которых делаются аэродромы и взлетно-посадочные полосы. Также бетон может применяться для конструкций и поверхностей, на которые будет оказываться повышенная нагрузка.

Класс бетона может меняться в весьма большом диапазоне. Это делается с помощью разнообразных добавок. При этом на определенных этапах строительства, от материала нужны разные свойства. Растворы с самой большой прочностью, используются для монолитных фундаментов тяжелых построек, вроде многоэтажных домов. Также их используют для колонн, перекрытий и балок. Высокопрочный бетон служит для мощения несущих конструкций жилых и коммерческих зданий.

Бетон 350 используется при заливке монолитных железобетонных конструкций и плит. Также он берется для создания лестничных пролетов, колодцев, очистных и гидросооружений и т. д.

Хороший уровень влагостойкости дает возможность применять материал в сооружении подземных конструкций, вроде бункеров или метро. При этом материал можно использовать в условиях большой влажности и постоянного воздействия осадков, талых или грунтовых вод.

Регламентируемые ГОСТ марки бетона

По показателям, характеризующим качество монолита, он классифицируется по следующим критериям:

  • прочностным характеристикам. Способность выдерживать сжимающие нагрузки обозначается буквой В и цифровой маркировкой в интервале от 3,5 до 120;
  • стойкости к отрицательным температурам. Маркировка бетонных составов по морозостойкости производится латинской буквой F и цифрами от 50 до 500;
  • способности препятствовать поглощению влаги. Водонепроницаемость характеризуется заглавной буквой W и цифровым индексом от 2 до 20;
  • устойчивости к воздействию истирающих нагрузок. Истираемость монолита проверяется на специальном круге с присвоением маркировки G1–G3.

При определении прочностных свойств монолита проверяется:

  • способность сохранять целостность под воздействием сжимающих усилий;
  • устойчивость материала к растяжению в осевом направлении;
  • стойкость к изгибающим моментам.

Каждому классу соответствует определенная марка. Например, изготавливаемый по ГОСТ бетон в15 соответствует марке М200. Заказывая на специализированном предприятии, выпускающем продукцию согласно ГОСТ, бетон тяжелый класс в15 (м200), всегда можно рассчитывать на гарантированные прочностные характеристики бетонной смеси. При выполнении проектных работ в документации указывается марка бетона по ГОСТ. Эксплуатационные характеристики бетонного состава достигаются по истечении 28 суток после бетонирования. Только после этого можно нагружать конструкции.

Бетон должен быть однородным — это важнейшее технологическое требование

Класс бетона В25: плотность, прочность, характеристики

Технические характеристики бетона B25 позволяют успешно применять материал для конструкций, которым приходится испытывать значительные нагрузки – статичные и циклические. Бетон этой марки применяется при строительстве ответственных объектов промышленности, социально-культурной и других.

Класс бетона В25 соответствует марке М350 по российской классификации бетонов.

Характеристики бетона В25

Этот строительный материал обладает повышенными показателями прочности, непроницаемости для влаги и плотности.

Название Значение
Плотность до 2500 кг/м²
Прочность на сжатие 327 кг/см²
Морозоустойчивость F200
Удобоукладываемость П2-П4
Водонепроницаемость W6-W8
  • Морозоустойчивость – F200, указывает, что после высыхания и усадки бетон может двести раз подвергнуться замораживанию и размораживанию, и не разрушиться, сохранить структуру и первоначальные свойства.
  • Удобство укладки (пластичность, подвижность) – П2-П4.
  • Показатель водонепроницаемости – W6-W8: бетон не впитывает влагу, если на него оказывают давление силой ≤ 0,8 атмосфер.
  • Плотность – до 2500 кг/м²: один кубометр конструкции из данного материала способен при давлении в 250 атмосфер не разрушаться. Плотность определяется на основании отношения массы раствора к объему.
  • Прочность бетона В25 на сжатие – в среднем 327 кг/см², означает, что при воздействии на один квадратный сантиметр застывшего материала бетон не разрушается.

Класс бетона В25

Данный стройматериал принадлежит к классу тяжелых бетонов, удельная масса раствора которых является высокой.

Марка Класс Вес 1м³, кг
М100 В7,5 2494
М200 В15 2432
М250 В20 2348
М300 В22,5 2502
М350 В25 2502
М400 В30 2376

Особенности производства

Бетон В25 производится на основе портландцемента и воды. Пропорции этих двух компонентов играют решающую роль в формировании эксплуатационных характеристик материала. При недостатке жидкости бетон будет сложнее перемешивать и укладывать. Переизбыток воды приведет к созданию рыхлой структуры, образованию воздушных пузырьков в смеси и трещин – после высыхания материала. Последнее снижает несущую способность конструкций, выполняемых из бетона.

В смесь также добавляются кварцевый песок (речной или карьерный) и щебень. Речной песок предпочтительнее, поскольку он чище карьерного, а примеси неблагоприятно повлиять на схватывание готовой смеси. Щебень выбирают гранитный или гравийный, с размером гранул от 30 до 50 миллиметров. Добавление гранитного щебня способствует повышению плотности и морозоустойчивости материала.

Дополнительно вводятся ингредиенты, задача которых – увеличить пластичность (удобство использования), повысить плотность бетона В25, а также поднять морозоустойчивость и водонепроницаемость, улучшить другие свойства материала.

Цемент для изготовления бетона В25 требуется высокой прочности – не менее М400-М500. Стандартное соотношение ингредиентов при изготовлении бетона В25 – 1 часть портландцемента / 3 части щебня или гравия / 1 часть гравийного или щебневого отсева / 3 части песка (карьерного промытого или речного). Вода добавляется в объеме, который позволяет достичь заданных показателей вязкости материала. Дополнительные добавки – в соответствии с инструкцией, которую дает производитель в плане условий использования состава.

Требования к изготовлению

Технические, эксплуатационные и физические характеристики материала марки напрямую зависят от того, какого качества компоненты используются при его производстве.

Так, нельзя добавлять портландцемент, срок хранения которого истек. Если при сжатии цемента в кулаке он спрессовывается – применять его не стоит, как и в случае, когда в цементном порошке заметны комки.

Играет роль влажность песка и щебня. При высоких показателях требуется меньше воды. А саму поду лучше выбирать питьевую, в крайнем случае – техническую

Где используется бетон В25?

Бетон марки В25 применяется для создания различных строительных конструкций. Из него делают:

  • плиты перекрытий;
  • колонны;
  • ригели;
  • фермы;
  • монолитные элементы каркасов зданий;
  • подкрановые балки;
  • свайно-ростверковые фундаменты;
  • сваи – заливные и буронабивные;
  • чаши бассейнов.

Тяжелый прочный состав используется при возведении тоннелей и мостов, обустройстве аэродромных взлетно-посадочных полос и дорожных покрытий.

Преимущества бетона В25

Бетон класса В25, характеристики которого приведены выше, – достаточно дорогостоящий материал. Однако его использование дает возможность уменьшать геометрические габариты готовых конструкций, одновременно сохраняя их высокую несущую способность. Благодаря этому сокращаются затраты на строительство, а нагрузка на фундамент снижается.

Автор статьи

Виктор Филонцев

Образование:
НИУ МСГУ, Кафедра Технологии вяжущих веществ и бетонов, 2003.

Опыт работы:
12 лет в сфере производства бетона.

Текущая деятельность:
независимые консультации в сфере строительства.

Подробнее

Бетон B25 Готовка. Бетон М350 класс В25. Область применения бетона B25 M350

Сегодня бетон класса В25 считается самым популярным материалом в промышленном и коммерческом строительстве. Причиной ужесточения претензий по дизайну стал повод. Что вполне объяснимо, ведь даже по сравнению с Б22.5 — ближайшим «соседом» по классу, бетон В25 по характеристикам превышает его по прочности более чем на 50 кгс / кв. См.

Типы и обработка стальной фибры

Добавление стальной фибры особенно положительно влияет на прочность на изгиб и сдвиг, а также на растрескивание и деформацию бетона.Используются следующие типы стальной фибры.

Влияние особых свойств
Влияние стальной фибры усиливается с увеличением содержания фибры. Однако обработка свежего бетона затруднена из-за плохой перекачки и так называемого «Herge Education». Кроме того, требуется сталефибробетон из-за меньшего снижения нагрузки при заделке, иначе качество готового бетона может пострадать из-за недостаточно уплотненных участков.

Плотность, прочность и состав бетона B25

Плотность бетона B25 Находится в пределах 1.8-2,5 т / м 3 (удельный вес бетона М. В25 от 1800 до 2500 кг / м³), что характерно для тяжелых смесей. При этом бетон плотностью В25 Объем 1 куб.м выдерживает давление 25МПа. Столь высокие показатели прочности в первую очередь обусловлены составом бетона В25 .

Повышенное сопротивление давлению

Однако решающим является значительное улучшение свойств затвердевшего бетона. На практике дозы по-прежнему легко обрабатываются, прирост прочности на сжатие достигается до 7%.

Повышенная прочность на изгиб и сдвиг, растрескивание и деформация.
Добавление стальной фибры может предотвратить растрескивание в свежем бетоне и в закаленном бетоне. В свежем бетоне на границе между раствором и заполнителем образуются микротрещины, которые продолжаются в цементном тесте. Стальные волокна поглощают возникающие напряжения и тем самым предотвращают образование трещин.

Изделие класса В25 производится в виде бетонно-гравийной смеси на гранитном или гравийно-гравийном покрытии.В некоторых случаях в смесь вводят пластификаторы и антикоррозионные добавки. Наиболее характерными для этого материала эксплуатационными показателями являются подвижность П2-П4, морозостойкость F200 и водостойкость W8. Учитывая прочность бетона В25 и сочетание более чем достойных показателей морозостойкости и водонепроницаемости, широкомасштабное использование бетона данного класса для возведения ответственных конструкций, Сайло-Руралсовых железобетонных конструкций, монолитных стен и фундаментов вполне обосновано. .

Сведение к минимуму появления усадочных трещин. Однако стальные волокна также имеют стабилизирующий эффект после образования трещин, поскольку они позволяют нам проходить сквозь трещины. Значительно улучшаются трещины на зубах. Ударопрочность определяется количеством ударов определенного веса о бетонную поверхность до ее разрушения. Благодаря стальному фибробетону ударопрочность до 20 раз выше, чем у аналогичного бетона без стальной фибры.

Повышение износостойкости

Например, износ полов можно снизить до 25% при дозе 1,0 об.% Стальные волокна.

Повышение теплопроводности
Тепло распределяется более равномерно и быстрее в железобетонных изделиях из стали. Особенно благоприятно это сказывается на стяжках с подогревом и промышленных полах с подогревом.

Бетонная практика B25

Что касается практики нанесения бетона В25, то прибегать к изготовлению смеси непосредственно на строительной площадке, несмотря на минимально возможное и удобство этого способа, мы настоятельно рекомендуем. Прежде всего потому, что таким образом невозможно обеспечить соблюдение физико-технических показателей смеси проектной марки бетона.Еще сложнее определить «на глаз» степень сборности готовой смеси и ее пригодность для заливки в опалубку. А рекомендации «долить воду» для улучшения подвижности смеси, в этом случае абсолютно недопустимы — изменение водоцементного соотношения снизит марку бетона, что отрицательно скажется на прочности материала.

Применение для железобетона

Промышленные полы В настоящее время основным применением железобетона является железобетон.Во время строительства экономятся затраты и время, потому что его можно очистить слоем чистоты, а для бетонирования можно использовать эффективные лазерные стяжки.

Сборные железобетонные детали из сталефибробетона

Другие области применения включают бетонные дороги, прокладку туннелей и строительство жилых домов, где сталефибробетон все чаще используется в перекрытиях, фундаментах и ​​стенах подвала. При производстве готовых деталей на заводе процесс производства легче контролировать; Более легко достигается однородное распределение стальных волокон.По этой причине свойства стального фибробетона могут быть еще лучше использованы в готовых изделиях. Готовые детали из стального фибробетона можно, за.

При заводской обороне товар подлежит неоднократному контролю качества, начиная с проверки сырья и заканчивая экспериментальным контролем показателей мобильности. Заказчик Бетонной партии выпускается только в том случае, если характеристики бетона , В25 или любой другой марки полностью соответствуют ГОСТу. При этом в паспорте качества на бетон указывается не только класс прочности, но и применяемые наполнители, добавки, показатели подвижности, водонепроницаемости и морозостойкости.

Пример: трубы, стены элементов, ванны или сборные гаражи. Часть 3: Инструкции по внедрению. Определите общий дизайн, производство, обработку и испытания железобетонных изделий из стали и определите классы эффективности. Таким образом, это создает основу для использования железобетонного железобетона в качестве статически армированного строительного материала.

Он содержит в краткой форме важные базовые знания, общую техническую информацию и описание конкретных технических терминов.Другие незначительные изменения касаются маркировки цемента в соответствии с европейским законодательством по химическим веществам и ссылок на будущее европейское техническое разрешение на цемент вместо общепринятых заявлений о проверке здания. Технологичность, затвердевание, затвердевание или морозостойкость — изменить. Иногда необходимо принять нежелательное изменение в другом конкретном свойстве. Обязательным условием успешного использования примесей в бетоне является соблюдение принятых принципов смешивания состава и обработки и последующего перемешивания.Он должен быть скомпилирован таким образом, чтобы его можно было обработать с использованием предоставленных процедур, т.е. h .: можно транспортировать, вводить и уплотнять. Затвердевший бетон должен иметь требуемые свойства затвердевшего бетона. Лист «Свежий бетон» цементобетонной промышленности содержит информацию обо всех актуальных аспектах. В публикации объясняется важность содержания воды и значение цемента для воды, а также их определение. Бетон для свойств — это особенность, применяемая на практике. Поскольку чем ниже пористость и проницаемость, тем плотнее цемент, тем выше устойчивость к внешним воздействиям.Следовательно, необходимо раннее начало, непрерывная и достаточно длительная обработка бетона, чтобы действительно достичь в приповерхностных областях желаемых свойств, обусловленных его составом. В этом листе описаны необходимые меры. Для этого необходимы и правильный материал, и подходящий дизайн, дизайн, подбор строительных материалов и конструкции. Основанием для этого требования являются положения о прочности. Кроме того, есть краткие комментарии по планированию или конкретному использованию. Трещины устранить вообще невозможно, но принципиально они не вредны.Для железобетонных элементов, подверженных растяжению или изгибу, трещины являются частью принципа передачи нагрузки. Поскольку до того, как арматурная сталь полностью поглотит растягивающие усилия, бетон уже разрушен. Ширина трещин должна быть ограничена только безопасным уровнем, иначе трещина должна заканчиваться по графику. Их можно использовать сразу после застывания или можно получить покрытие. В этой брошюре сообщается обо всех важных фактах. Авторы: Вольфганг Шефер, д-р. Добавки и волокна.Смешивание исходных материалов приводит к новому бетону. Цемент и вода образуют цементное тесто. Укрепление цементного теста в свежем бетоне до цементного камня дает более закаленный бетон. И свежий бетон, и закаленный бетон должны соответствовать особым требованиям, изложенным в инструкциях или требуемых пользователем. Есть меры, которые может принять конкретный производитель, как правило, готовый бетонный завод, и пользователь. Для готового бетонного завода это адаптация бетонного состава к температуре и производство бетона путем регулирования температуры свежего бетона.Со стороны строительства, это подготовка бетонирования, обработка бетона и последующий монтаж после монтажа, который был тщательно адаптирован к строительному проекту. Особенно они проявляются в раннем возрасте пораженных поверхностей компонентов. В зависимости от состава бетона и местных условий влажности течение может самопроизвольно исчезать или становиться очень стабильным с течением времени, а в редких случаях также может накапливаться в корковых отложениях. Они являются естественной частью бетонной конструкции и не влияют на технические характеристики компонента или конструкции.Если возникновение пространства имеет архитектурное значение, меры предосторожности должны быть приняты и запланированы на ранней стадии. Ниже также приводятся и объясняются причины выцветания и меры профилактики. В настоящее время доступно только для скачивания. Конкремент проходит намного легче, потому что устраняется дрожь. В то же время производство требует большего опыта и внимательности. В этом разделе термин «цемент для тротуаров» был также заменен на «цемент для тротуаров». . В ветряных турбинах, установленных в Майоне, используются бетонные мачты на три четверти их общей высоты.

Компания Гарант-Бетон продает бетон заводского производства, гарантируя заказчиков:

  • Винтажное изделие, соответствующее требованиям ГОСТ;
  • Использование в смесях из высококачественного сырья;
  • Оперативная доставка бетона на стройки Москвы и Московской области;
  • Доступные цены на бетон и транспорт;
  • Обширный перечень дополнительных строительных материалов.

Хотите уточнить нюансы? К вашим услугам помощь наших профессионалов по телефону, электронной почте или при личной встрече.

Чтобы противостоять ограничениям, эти сборные барабаны соединены с массивным грузом через выглаживающие плиты. Такой вид конструкции требует выполнения безупречного бетонного основания. Гигантизм, вызывающий немалые усилия по определенным причинам, берет на себя все расходы на ветряк. Эти маты производятся по технологии предварительного напряжения, изобретенной Евгением Фрейзине, которая обычно используется для настилов. Он также использовался в течение нескольких лет для мачты ветряных турбин.

Чтобы выдерживать напряжение, эти сборные барабаны предварительно нагружены по вертикали сорока стальными тросами, соединенными с массивным грузом с помощью анкеров, известных как «трубы». После натяжения эти тросы сжимают бетон и придают им окончательное сопротивление. Эта специфика требует выполнения безупречного фундамента, отвечающего требованиям немецкой компании. Кроме того, два из четырех кольцевых фундаментов Vency Park, закопанные после строительства, должны адаптироваться к среде с сульфированным грунтом.

При строительстве зданий с большой эксплуатационной нагрузкой, а также при выполнении ответственных несущих конструкций используйте надежные прочные строительные материалы. К ним относится бетон марки В25, которому посвящена данная статья. Далее мы подробно рассмотрим, что он представляет из этого материала, какие у него свойства и как его приготовить.

На основе чистого бетона и бетонных плит толщиной 20 м3 Плинтусы заливали насосом в течение семи часов с помощью восьми спутников в конструкции круглой металлической опалубки, специально поставленной производителем ветряных турбин.За счет наклона верхней части наружу они достигают 2,85 метра в центральной части. Для каждой базы используется более сорока тонн стали. Плотность армирования особенно высока в зоне установки предварительного напряжения мачты. Таким образом, с помощью натяжных нитей в оболочках, проходящих в центре бетонной стены мачты, различные сегменты и основания мачты соединяются после выполнения в один неразрывный блок.

Особенности материала

Сразу стоит отметить, что бетон класса В25 (М350) — самый популярный вид бетона в гражданском и промышленном строительстве.Отчасти это связано с тем, что современные строительные нормы постоянно повышают требования к прочности.

Прочность бетона B25 в МПа составляет 25. Этого показателя достаточно для строительства зданий и других несущих конструкций.

Остальные характеристики бетона В25 также достаточно высокие:

Морозостойкость Этот показатель соответствует F200. Это означает, что материал выдержит 200 циклов замораживания / оттаивания, при этом его характеристики не ухудшатся, а структурная целостность не изменится.
Объемный вес бетона В25 (плотность) В зависимости от типа материала объемный вес может колебаться в пределах — 1800-2500 кг / м3. Однако чаще всего плотность бетона В25 составляет 2200-2400 кг / м3.
Водонепроницаемость W8 ​​- довольно высокий показатель, т.е.материал не будет пропускать воду, даже если воздействует на него под определенным давлением. Эти характеристики бетона класса В25 позволяют использовать его для устройства фундамента на участках с высоким уровнем грунтовых вод.
Мобильность За этот параметр отвечает. Он находится в пределах П2-П4, однако с помощью пластификаторов может быть увеличен.


Область применения

Вышеперечисленные характеристики марки бетона В25 делают область его использования очень обширной.

В частности, он используется для следующих целей:

  • Для строительства фундаментов и других несущих конструкций;
  • При производстве плит перекрытий, балок и колонн.
  • При заливке дорожных плит аэродромов и др.

Как было сказано выше, этот материал обладает хорошей водостойкостью. В результате строители нередко используются при заливке стаканов бассейнов, а также при возведении других гидротехнических сооружений.

Совет! Если на бетонную конструкцию не планируется больших нагрузок, при ее возведении можно использовать. Это позволит немного сэкономить при строительстве.

Варочный бетон

Состав бетона В25 самый распространенный:

  • Цемент;
  • Песок;
  • Крупный наполнитель — гравий или щебень.
  • Вода.

Для улучшения характеристик бетона в его состав часто добавляют пластификаторы. Кроме того, можно использовать другие добавки, например, ускоряющие процесс захвата, для работы при низких температурах.

Также следует отметить, что характеристики бетона во многом зависят от наполнителя. Он может отличаться размером фракций, типом материала и т. Д.


В качестве заполнителя вы можете использовать крупный, средиземноморский или мелкозернистый песок.

Что касается щебня, то он может быть разных видов:

ГОСТ на щебень и гравий, допускающий использование крупного заполнителя фракцией до 40 мм. При использовании более крупного щебня норму расхода цемента следует умножить на коэффициент 0,97 (при фракции зерна от 40 до 70 мм).


Пропорции

Для получения качественного результата необходимо строго соблюдать пропорции бетона В25. Например, для приготовления одного кубометра раствора потребуются материалы в следующем объеме:

Примечание! Для приготовления раствора необходимо использовать свежий цемент, так как со временем его марка снижается.Так за год хранения материал может потерять до 40 процентов своей прочности. Поэтому покупать цемент с запасом «на будущее» не стоит.


Варка бетона

Требуемая прочность бетона В25 может быть достигнута только при качественном приготовлении раствора. Поэтому необходимо воспользоваться бетонной смесью, так как раствор измельчить очень сложно, а добиться хорошего качества практически невозможно.

Итак, инструкция по приготовлению раствора выглядит так:

  • В первую очередь в бетономешалку нужно загрузить сухие материалы, т.е.цемент с песком, и хорошо их перемешать.
  • Далее постепенно добавляют воду и перемешивают раствор до получения однородной массы. . На этом этапе можно добавлять пластификаторы и другие добавки. Например, зимой можно использовать противоболевые добавки, снижающие температуру замерзания воды.
  • Последний, но твердый заполнитель засыпает в бетономешалке . Предварительно нужно смочить водой. Состав необходимо тщательно перемешать, чтобы щебень равномерно распределился в массе.

На этом процесс изготовления решения своими руками завершен. Рассматривать материал необходимо в течение двух часов, после чего бетон начнет схватываться.

Надо сказать, что кроме пропорций и процесса приготовления, на качество бетона влияет качество его составляющих.Как уже говорилось выше, цемент должен быть свежим, иначе получить бетон класса В25 не получится.

Кроме того, качество песка влияет на прочность материала — он должен быть чистым, без примесей. Поэтому перед употреблением его следует процедить через сито или даже промыть.

Также к воде предъявляются строгие требования. Если вода грязная, например, забитая из реки или пруда, то качество бетона может серьезно пострадать. Специалисты обычно рекомендуют использовать для этих целей питьевую воду.

Примечание! Бетонный раствор готовить самостоятельно не нужно, изготовлением раствора занимается множество специализированных фирм. Правда, в этом случае его цена будет выше, так как будут добавлены транспортные расходы и наценка производителя.


На фото — опалубка с армированием

Заявка

Технология работы с бетоном Б25 не имеет никаких особенностей и отличий.

Процесс возведения монолитных конструкций выполняется в следующем порядке:

  • В первую очередь готовится поверхность — очищается от мусора и т. Д.
  • Затем выполняется опалубка. Для этого используйте щиты из ДСП или деревянные доски. Чтобы конструкция была прочной, используйте подкосы и перемычки.

Надо сказать, что иногда применяется несъемная опалубка. В этом случае он может выполнять функцию утеплителя.


Следующий шаг — армирование. Для этого используют специальную царскую сетку или специальные стальные стержни, из которых выполняется металлический каркас.

Армирование позволяет повысить прочность бетонной конструкции.Завершающий этап — непосредственно заливка.

Опалубка должна равномерно заполняться раствором. В этом случае для герметизации раствора можно использовать вибраторы. Прошло несколько дней после заливки, снимаемую опалубку разбираем.

Важным моментом заливки является обеспечение оптимальных условий для схватывания раствора и долговечности. Чтобы этот процесс был равномерным, первые 10 дней бетонную конструкцию смачивают водой. Окончательный набор прочности наступает через 28 дней после заливки.

Выход

Бетон класса B25 обладает высокими характеристиками, в результате чего получается один из самых распространенных типов бетона, который используется в различных областях строительства. Чтобы самостоятельно получить такой материал, необходимо строго соблюдать технику приготовления, которую мы рассмотрели выше.

Из видео в этой статье вы можете получить дополнительную информацию по этой теме.

(PDF) Влияние различных добавок на свойства бетона

4 Заключение

Надлежащее и целенаправленное использование бетонных добавок позволяет инженерам бетонных заводов

изменять свойства свежего и твердого бетона в соответствии с различными целями

. строительная промышленность.В то же время это позволяет осуществлять производство высококвалифицированного и долговечного бетона

в различных климатических условиях [8]. Самым главным качеством

бетонной конструкции в будущем будет ее высокое качество и долговечность. С этого сайта необходимо использование добавок

в бетон, и этот метод стал неотъемлемой частью всех бетонных технологий

[9].

Применение добавки должно быть экономически оправданным, она не может позволить увеличить стоимость бетона на

.

В результате экспериментального анализа определено влияние добавок на характеристики прочности бетона

и водонепроницаемость.

Добавки Cemplastand D-5 и доломитовая мука являются высокоэффективными модификациями бетонных и строительных растворов

[10]. Они могут повысить прочность на 20-40% при возрасте

28 суток при дозировках 1,6-6% при снижении водоцементного отношения и уменьшении количества цемента

на 20%.Добавки значительно повышают удобоукладываемость смеси, морозостойкость, воздухововлечение

, водостойкость [11]. При использовании химических добавок наблюдается ранний набор проектной прочности бетона

на 7

день, что приводит к сокращению периода строительства

[12 и 13].

Доломитовая мука и Д-5 целесообразно применять в конструкциях, к которым предъявляются комплексные требования

по прочности, водо- и морозостойкости.

Учитывая относительно высокую стоимость Cemplast и невысокие показатели прочности и водостойкости

, применение данной добавки может быть оправдано только в бетоне, который имеет высокие требования к прочности

[14 и 15].

Ссылки

1. J.L. Vincent, C.P. Гана Джек, M.C. ChengaIrene,

Journal of Cleaner Production 229,

582-597 (2019) https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.035

2.С. Демиса Вагелис, Г. Пападакисб, Journal of Building Engineering 26, 100876 (2019)

https://doi.org/10.1016/j.jobe.2019.100876

3. И. Садринеджад, Р. Мадандус, М. Мохаммад Ранджбар, Строительство и строительство

Материалы 178, 72-82 (2018) https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.145

4. Ибрагимов Р., Федюк Р., Строительство и строительные материалы 226, 839-848 (2019)

https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.313

5. Yu-Hang Wang, Jie Yu Jie-Peng Liu, Bao-Xu Zhou, Y. Frank Chen, Journal of

Constructional Steel Research 167, 105667 (2020)

https://doi.org/ 10.1016 / j.jcsr.2019.06.004

6. К. Косгун, А. Мурат Тюрк, А. Мангир, Т. Косгун, Г. Кийма, Engineering Failure

Analysis 109, 104247 (2020) https: // doi .org / 10.1016 / j.engfailanal.2019.104247

7. JQ Бао, Х. Лонг, К. Тан, К. Ли, Engineering Structures 56, 2076-2082 (2013)

https: // doi.org / 10.1016 / j.engstruct.2013.08.025

8. Q. Huy Vu, G. Pham, A. Chonier и другие, Construction and Building Materials 216,

450-467 (2019) https: // doi. org / 10.1016 / j.conbuildmat.2019.04.263

9. Д. Нагроцкене, Г. Гирскас, Г. Скрипкюнас, Строительные материалы 135,

37-42 (2017) https://doi.org/10.1016 /j.conbuildmat.2016.12.215

10. З. Хе, Л. Ху, Ю. Ли, Дж. Ху, Ю. Шао, Строительство и строительные материалы 186, 276-286

(2018) https: // doi.org / 10.1016 / j.conbuildmat.2018.06.228

E3S Web of Conferences 164, 14007 (2020)

TPACEE-2019

https://doi.org/10.1051/e3sconf / 202016414007

8

Какой бетон состоит из: компонентов и их роли

Сегодня искусственный строительный материал — один из лидеров в своей области. Высокопрочный бетон разных марок обладает выдающимися характеристиками. Из него строят конструкции, которые отличаются надежностью, прочностью и долговечностью.

Бетон хорошо взаимодействует с армирующим материалом. Этот тандем высоко ценится при строительстве железобетонных конструкций. Если вас интересует вопрос, из чего сделан бетон, то стоит обратить внимание на 4 основных компонента, в том числе: песок

  • ;
  • цемент;
  • щебень;
  • вода.

Эти ингредиенты добавляются в определенных пропорциях и играют определенную роль.

Основные компоненты

Бетонная смесь, также называемая товарным бетоном, представляет собой подвижный состав компонентов, которые замешиваются в заданной пропорции.Если в состав не добавить щебень, то в результате можно получить традиционный цементный раствор, либо пескобетон. Однако в последнем используется более крупная фракция песка.

Для приготовления бетонной смеси обычно используются четыре части щебня, часть цемента, две части песка и 0,5 части воды. Довольно часто начинающих мастеров интересует вопрос, из чего сделан бетон. Этот материал можно рассмотреть на конкретном примере. Для его получения необходимо смешать 180 литров воды, 1250 кг щебня, 330 кг цемента и 600 кг песка.Эти цифры являются приблизительными, но на самом деле конкретные значения будут зависеть от многих факторов, среди которых следует выделить: марка цемента

  • ; Марка бетона
  • ;
  • использование пластификаторов и других добавок;
  • Характеристики песка и щебня.

Например, если вы возьмете цемент для раствора M400, то применение вышеуказанного соотношения даст бетон M250. Но для работы может применяться цемент марки М500, тогда марка бетона в конечном случае будет иметь вид М350.При изготовлении бетона в условиях завода учитываются десятки характеристик и параметров.

Роль основных компонентов в бетоне

Если у вас также есть вопрос о том, из чего делают бетон, то вам следует внимательнее присмотреться к роли основных ингредиентов. Таким образом, вода и цемент действуют как основные составляющие. Им отводится основная функция, выраженная в связке ингредиентов в единой структуре.

Если правильно соблюсти пропорции этих компонентов, можно будет выполнить основную задачу при замешивании бетона.В конструкции это отношение называется водоцементным. Речь идет не только об объеме жидкости и цемента, но и о влажности песка, а также о щебне и их водопоглощении.

При соединении с водой цемент начинает с ней взаимодействовать, что называется гидратацией цемента. Этот компонент начинает схватываться и затвердевать, образуя цементный камень. Многие люди сталкивались с этим камнем, когда открывали мешок с цементом, хранившийся в сарае несколько лет.

Цемент и вода уже готовы.материал. Но при застывании цементный камень деформируется. Усадка может составлять 2 мм на метр. Хотя это немного, но из-за неравномерности процессов усадки могут возникнуть внутренние напряжения, которые способствуют образованию мелких трещин. Они хоть и почти незаметны, но долговечность и прочность цементного камня снижаются. Для уменьшения деформаций в состав добавляют традиционные заполнители, в том числе песок и щебень.

Роль заполнителей

Теперь вы знаете, из чего сделан бетон, однако важно знать больше о роли заполнителей.Выступает крупный щебень, а мелкий — песок. Эти ингредиенты предназначены для создания структурного каркаса, который выдерживает усадочные напряжения во время работы.

В результате получается бетон с меньшей усадкой. Повышается прочность, а при деформации уменьшается деформация бетона. Ползучесть уменьшается при изменении размеров материала при длительной нагрузке. Для удешевления бетона по-прежнему нужны заполнители. Из-за того, что цемент дороже песка и щебня, в материале просто необходимы последние ингредиенты.

Перевести массовые доли в объемные

В самом начале статьи вы пересчитали пропорции основных ингредиентов бетона. Не лишним будет пересчитать в объемные доли и вес, произведя расчет. Эта информация будет вам полезна, если вы задумываетесь о том, как сделать бетон, пропорции нужно изучить. Если цемент берутся в количестве 0,25 м 3 , то воду следует брать в объеме 0,18 м 3 .Первый ингредиент принят за 330 кг. Средняя насыпная плотность цемента составляет 1300 кг на кубический метр.

Что касается воды, то она взята в объеме 180 литров. Масса 0,9 м. 3 щебня насыпной плотностью 1350 кг на кубический метр составляет 1250 кг. Но 0,43 м. 3 песок — это 600 кг материала, тогда как насыпная плотность этого заполнителя составляет 1400 кг на кубический метр.

Если перед вами встал вопрос о пропорциях бетона, то вам следует ознакомиться с данными, представленными выше.Но по расчетам, в итоге вы сможете получить 1,76 м 3 . Возможно, вас заинтересует вопрос, как все умещается в 1 кубе бетона. Для ответа нужно взять литровую банку и насыпать на горлышко щебень. Между камнями будет много пространства, называемого межкристаллитной полостью

Эту пустоту следует заполнить двумя стаканами с песком, стаканом цемента и таким же количеством воды. Все это взбалтывается и перемешивается, в результате таких манипуляций у вас получится плотная субстанция.Все поры материала заполнятся, компоненты срезываются друг с другом. Если не трогать бетон, то он начнет затвердевать. При перемешивании и вибрации материал снова станет пластичным, останется тиксотропным.

Важно сказать несколько слов о крупногабаритном щебне. Его бренд должен быть в 2 раза больше по силе. Это верно по сравнению с расчетной маркой бетона. Это требование связано с тем, что расчетная марка бетона ниже по сравнению с фактической прочностью, которую материал приобретает через шесть месяцев.Но прочность завалов осталась прежней. Следовательно, их выравнивание необходимо.

Подробнее о пропорциях цементобетона M400

Если вы все еще задумываетесь над вопросом, как сделать бетон, пропорции этого материала нужно учитывать более внимательно. Используя цемент М400, можно получить бетон разных марок, если добавить основные ингредиенты: цемент, песок и щебень в определенных пропорциях.

Для производства бетона марки М100 компоненты в указанной выше последовательности должны быть добавлены в следующем соотношении: 1: 4.6: 7.0. Но если есть желание получить бетон марки М200, то цемент, песок и щебень добавляются в следующих пропорциях: 1: 2,8: 4,8. Наивысшая марка бетона — М450, для его получения ингредиенты добавляются в следующих соотношениях: 1: 1,1: 2,5.

Бетонная подготовка фундамента

Если вы начали строительство дома, вы должны знать, как сделать бетон для фундамента. Нужно взять 10 кг цемента, 40 кг щебня или гравия и 30 кг песка.Для получения бетона марки М300 необходимо добавлять воды вдвое меньше веса остальных компонентов. Если раствор получился слишком густым, то его можно немного разбавить. Лучше придерживаться консистенции, которая позволит с усилием перемешивать жидкий материал лопатой. То есть раствор не должен легко и быстро стекать с лопаты.

На вопрос, каких пропорций докетонировать для фундамента, вы должны ответить сами, учитывая, что песок может быть сырым.Если он содержит влагу, то мелкий заполнитель следует просушить или удалить несколько литров воды перед смешиванием компонентов. Следует проверить песок на чистоту. Чем он будет чище, тем лучше будет схватываться с раствором.

Дополнительные рекомендации

Гравий и щебень лучше всего использовать с фракциями до 2 см. Цемент не следует приобретать задолго до начала строительства, так как при хранении он впитает влагу и непременно испортится. Сделать это рекомендуется примерно за неделю до начала бетонной смеси.

Если делаете бетон своими руками, то пропорции обязательно соблюдайте. При этом заливать фундамент лучше в теплое время года. При понижении температуры необходимо прогреть воду и раствор, чтобы он раньше не схватился. В противном случае материал будет не таким прочным, к тому же не будет плотно соединяться с арматурой или вообще не будет уплотняться.

Использование бетономешалки для приготовления бетона

Если вы решили использовать бетономешалку при приготовлении растворной смеси, важно убедиться, что ингредиенты не содержат примесей.Щебень должен быть гранитным или гравийным, только тогда шихта будет более качественной.

Затем сухие ингредиенты смешиваются вместе неразделенной емкостью. Для этого соединяются цемент и песок. Для этого обычно используется корыто или ванна. Если вы тоже относитесь к числу тех, кто задается вопросом, как приготовить бетон в бетономешалке, то на следующем этапе полученную массу необходимо перелить в емкость, куда будет осуществляться замес. Однако перед этим добавляется щебень и вода.

Методы работы

Месить только после того, как добавлен последний компонент — щебень. Для хорошего замеса воду желательно брать чистую, в ней не должно быть соли. После завершения работы бетономешалка очищается, в ней не должно быть смеси. Для этого внутрь заливается вода и добавляется немного гравия. Замешивать бетон необходимо в бетономешалке до получения однородной массы.

Заключение

Теперь вы знаете, как приготовить бетон в миксере, и в каких пропорциях добавлять основные ингредиенты.Можно использовать смесители разного дизайна. Некоторые из них гравитационные. В этом случае за перемешивание отвечают лопасти барабана. Угол наклона барабана можно изменить.

Бетоносмесители второго типа — это устройства принудительного действия. Какую бы технику вы ни использовали, главное — смешать компоненты в правильных пропорциях.

Проверки устойчивости бетонной плотины

Презентация в PowerPoint

Хранилище гидроэлектростанций и насосов в Шварцвальде 2013

Компания: T5

Персонал исследования:

Амирпаша Мозаффари Даниэль де Соуза Брага Ирфан Махмуд

00050005 Xuliana Zapata Giraze

000

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и плоскости площадки.Доказательства устойчивости Доказательство устойчивости без воды Продолжение для проектирования паводков и гидравлических размеров

Резервуар Atlas 1150 mAtlas Резервуар 670 мл MPR625 м Гидроэнергетическая установка (UHP) Носок DHP

400 м350 мDHP 2DHP 1Low Часть 2 9000 Многоцелевой резервуар 9 л.

Введение

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и плоскость площадки. Доказательства устойчивости Доказательство устойчивости без воды Продолжение проектирования при затоплении и определение гидравлических размеров

Часть 2: Проектирование бетонной гравитационной плотины Тема 2a: Гидравлика 2.1 Определение параметров конструкции плотины, таких как высота и длина плотины, форма продольной оси плотины, уклоны плотины, строительный материал и глубина фундамента 2.2 Чертежи критического поперечного сечения и план площадки 2.3 Структурные исследования, такие как доказательства устойчивости (традиционные методы; Анализ методом конечных элементов не требуется, но приветствуется) Тема 2b: Конструкция (мой коллега Сюй Минцзе) Моя задача

3

Параметры проектирования плотины Чертежи критического поперечного сечения и плоскости площадки. 46 м (высота от заданных уровней) b = 57 м (ширина) c = 5 м (служебная дорога) x = 0.788 (выбирается из 0,7 0,8) y = 1L = 400 м Параметры

4

Собственная нагрузка, кН / м Вес 1 (прямоугольная вертикальная плотина) 5076,675 Вес 2 (прямоугольный фундамент) 7548,795 Вес 3 (треугольник) 23529,285 Общая статическая нагрузка 36154,755

Параметры конструкции плотины Чертежи критического поперечного сечения и плоскости площадки. Доказательства устойчивости. Доказательство устойчивости без воды. Продолжение проектирования. Расчет затопления и гидравлических размеров.905Вертикальный0Подъем 8806,9275

Нагрузки

5

Поперечное сечение

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и доказательства устойчивости в плоскости площадки Рабочий уровень: 670 м Свободный бортик: 1 м Плотина в самой нижней точке: 625 м Уровень основания: 619 м

6

План участка

Параметры конструкции плотины Чертежи критического поперечного сечения и доказательства устойчивости в плоскости площадки Доказательство устойчивости без воды

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и доказательства устойчивости плоскости площадки Доказательство устойчивости без воды Продолжение проектирования при затоплении и гидравлический расчет свойств бетона (A) Плотность: 2.25 г / см3 = 2250 кг / м3 Угол внутреннего трения (): 43,5 Прочность на сжатие: 15,8 Н / мм2 = 161 кг / см2 Предел прочности на разрыв: 1,9 Н / мм2 = 19,37 кг / см2 Степень соединения: 0,01 Свойства скального основания (A) Плотность : 2,64 г / см3 = 2640 кг / м3 Угол внутреннего трения (): 52,5 -Прочность на сжатие: 111,3 Н / мм2 = 1134,5 кг / см2-Прочность на разрыв: 10 Н / мм2 = 101,94 кг / см2-Степень соединения: 0,03 Заданная Значения

8

Расчетные ситуации Общие факторы безопасности

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и Доказательства устойчивости в плоскости площадки Доказательства. Доказательство устойчивости без воды. Продолжение проектирования. Расчет на наводнение и гидравлический расчет. Нагрузка. Условия сопротивления конструкции = вероятные нагрузки.

Расчетная ситуация = BS I

10 90. 005

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и доказательства устойчивости плоскости площадки Доказательство устойчивости без воды Продолжение проектирования БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОТИВ ПЛАВАНИЯ Сила / нагрузка Описание Fi (кН) Подъем 8806.06.928 Описание силы / нагрузки Fi (кН) Вертикальная водная нагрузка0Смертельная нагрузка 36154.75536154.76a = 4,11> 24,11

Защита от плавучести

11

Чертежи параметров конструкции плотины Критическое поперечное сечение и Устойчивость плоскости площадки Доказательство устойчивости без гидродинамического расчета БЕЗОПАСНОСТЬ ОТ СКОЛЬЖЕНИЯ Сила / нагрузка Описание Fi (кН) Горизонтальная водная нагрузка 12757.905Fo12757.91kN Сила / нагрузка Описание Fi (кН) Вертикальная водная нагрузка (Fw, v, i) 0 Мнимая нагрузка (Gi) 36154.755Uplift (Fup) -8806.

347.83tan ‘1.303Fr35640.38kN Степень стыка (a) 0,25 Сила сдвига скалы (c) 22700 кН / м Площадь основания (A) 57,0 м2 / мFrt 359115,4g = 28,15> 1,528,15

Безопасность против Раздвижной

12

Расчетные параметры плотины Чертежи критического поперечного сечения и доказательства устойчивости плоскости площадки Доказательство устойчивости без воды Продолжение проектирования Наводнение и определение гидравлических размеров БЕЗОПАСНОСТЬ ОТ ПЕРЕВОРОТА Описание силы / нагрузки Fi (кН) di (м) Fi * di (кН.м) Горизонтальная вода Загрузить12757.

(водный треугольник) 12757.

-216884.385 Подъем 8806.-334663.245Mo-551547.63 Сила / нагрузка Описание Fi (кН) di (м) Fi * di (кН.м) Вертикальная водная нагрузка000Масса 15076.67554.5276678.7875Вес 27548.79528.5215635635.6875Вес 27548.79528.5215.635.640.640.68 325o = 2,37> 1,52,37 Результирующий крутящий момент, M’r755953,695 кН.м ВертикальныйРезультат, Rv27347,828 кН Расстояние X27,642 м Эксцентриситет 0,858 м 27,64218456 Напряжение на верхней стороне воды, h536,463 кН / м2 3 Напряжение на задней стороне воды, t523,109 кН X 2/3 Fb19

Лестницы.Входная группа. Материалы. Двери. Замки. Типовой проект дома

Основные виды цементных бетонов. Разнообразие бетона в зависимости от области применения. Эти виды смесей различают по назначению.

Бетон — один из самых распространенных и популярных строительных материалов, широко используемых во всем мире. Наверное, нет ни одного здания, конструкция которого обошлась бы без бетонной смеси. Даже дома из деревянного бруса строятся на фундаменте из бетонных блоков.

Что нужно знать начинающему строителю об этом материале? В современном строительстве этот вид строительного материала принято подразделять по назначению на обычный и специальный бетон. Более того, каждый из подвидов имеет свои уникальные характеристики и спектр для определенной цели.

Характеристики и применение обычного бетона в строительстве

Область применения обычного бетона обширна.Это практически каждый дом: от небольшого коттеджа до огромной многоэтажки. Это бордюры на тротуарах, фонарные столбы, пролеты мостов, взлетно-посадочные полосы аэродромов. Не могу представить современный мир без бетона.

Бетон классифицируют по трем основным показателям: прочность, морозостойкость и сопротивление водопроницаемости.

Каждый вид имеет особую маркировку:

  1. Прочность. Обозначается английской буквой B и цифрой от 1 до 60.
  2. Морозостойкость (морозостойкость). Обозначается буквой F и числовым значением от 50 до 500.
  3. Водонепроницаемый. Обозначается буквой W и цифрами от 2 до 12.

Помимо этих показателей, бетон также можно разделить на легкий, тяжелый и особо тяжелый. Особо тяжелый бетон относится к линейке специальных бетонов и имеет узкопрофильное использование.

Разница между категориями бетона по плотности достигается за счет наполнителей смеси.Например, в легком бетоне используется керамзит, пемза или керамзит. Этот вид бетона подходит для строительства стеновых панелей, защитных конструкций и для производства легкого кирпича, используемого в частном домостроении.

Тяжелый бетон получают с использованием гранитной крошки или щебня в качестве наполнителя. Эта строительная смесь является самой распространенной. Применяется для создания бетонных изделий, монолитных домов, плит перекрытия и так далее. Этот вид классифицируют по маркам (в зависимости от используемого цемента).

Вернуться к содержанию

Обычная маркировка бетона

Бетон с применением цемента марки М100 предназначен для создания подготовительного основания под затопленный пол или подушек под несущие блоки … Одним словом, использование материала этой марки разрешено только в конструкциях, не требующих ответственности. .

Следующая марка бетона — М150. Он широко используется в качестве подготовительной площадки для бетонных тротуаров и для производства бетонных изделий, таких как блочные ленточные фундаменты и бордюрный камень.

Виды бетона марки М200 часто используются в области частного домостроения. Этот бетон полюбился строителям благодаря замечательным плотностным характеристикам и относительно невысокой стоимости. В них заливают фундамент, с его помощью создают дорожные плиты, бордюры и стеновые блоки.

Для изготовления лестниц, заборов и малых мостовых форм используется бетон марки М250.

Лидером на строительном рынке среди обычных бетонов является смесь марки М300.Такая популярность стала возможной благодаря повышенным свойствам прочности, морозостойкости и теплопроводности. Он широко применяется во всех сферах строительства: от фундаментов до монолитных подпорных систем.

Марка

М350 применяется в многоэтажном строительстве для создания балок, колонн, несущих стеновых конструкций и монолитных фундаментов.

Бетон марки с маркировкой М400, М450, М500 и М550, как правило, используется для изготовления специальных конструкций, где требуется повышенная прочность.

М400 применяется при строительстве мостов, бассейнов, хранилищ банков и цокольных этажей зданий.

М450 нашел применение при строительстве крупных мостов, тоннелей и различных гидротехнических сооружений … В малоэтажном строительстве применение типа М450 нерентабельно.

Бетон класса М500 изготавливается с добавлением специальных пластификаторов и используется исключительно для создания таких высокопрочных конструкций, как станции метро, ​​плотины, плотины и железнодорожные тоннели.

Плотность бетона М550 в основном используется только для создания конструкций, которые длительное время подвергаются большим нагрузкам. Использовать этот вид смеси очень сложно из-за ее быстрого затвердевания. Поэтому бетон марки М550 изготавливается с добавлением пластификаторов и замедлителей твердения.

Бетон марки М600 открывает виды особо прочных бетонов. Однако его применение очень ограничено.

Кроме цемента, существуют еще такие формы строительных смесей, как силикатные, гипсовые, шлакощелочные и полимерцементные.Но их производство и использование не получили широкого распространения и весьма узкоспециализированы.

Классификация бетона может основываться не только на типе основных компонентов раствора и характеристиках, но и учитывать область его использования. Для тех, кто плохо разбирается в химии строительных смесей, это наиболее удобный способ определиться с материалом, подходящим для конкретного вида работ. Только после этого стоит переходить к поиску бренда с необходимыми техническими параметрами.

В основном разделении бетона предусмотрено всего два его вида: общестроительный и специальный. Отдельная линия — это легкие пористые материалы, сфера применения которых напрямую зависит от показателей плотности. При этом часто по назначению одни и те же марки бетона можно встретить сразу в нескольких группах, поэтому эту особенность всегда следует учитывать и при выборе делать упор не только на прочность.

Бетон общестроительный

Самая большая группа строительных материалов, включающая в себя все виды смесей и готовых изделий, широко используемых в различных областях гражданского строительства, а также для производства бетонных изделий.Из них отливают фундаменты, возводят стены, формируют балки, перекрытия и колонны. При выборе составов для конкретных условий необходимо обращать внимание на марки, характеризующие бетон по плотности, прочности, а также показателям морозостойкости и водостойкости после затвердевания.

Прочность монолита обозначается цифрами после букв «М» или «В». В первом случае данные приведены в кгс / см2. И хотя такая классификация считается недостаточно точной и морально устаревшей, она все еще активно используется.Во втором варианте значения указаны в МПа, и это уже не усредненные цифры с допускаемой ГОСТом погрешностью, а гарантированная прочность. По этим простым записям легко определить характеристики смесей без каких-либо таблиц и справочников.

В строительстве используются разные марки бетона:

  • М100 — чаще всего используется для фундамента. Для подготовительных работ нужны недорогие жидкие растворы с невысокой прочностью и плотностью.Все, что требуется от таких смесей, — это связать песчинки и гравийную подушку вместе, не давая им сползти под нагрузкой.
  • М150 — этот состав более прочный, поэтому востребован при изготовлении тротуаров, отмосток, цементной стяжки и мелких ЖБИ.
  • М200 — популярный среди частников сорт бетона, обладающий достаточной прочностью, чтобы его можно было выбирать для небольших фундаментов и стен в малоэтажном строительстве.
  • М250 — востребован при изготовлении лестничных маршей, а также большинства несущих и несущих конструкций.
  • M300 — наиболее широко используемый в строительстве бетон для данной марки. Его можно использовать практически для любых работ, от строительства фундамента до заливки. монолитные стены и полы.
  • М350 — достаточно прочный бетон, чтобы делать из него конструкции, способные выдерживать повышенные нагрузки (колонны, балки).

Использование других марок от М400 и выше лежит уже в профессиональной сфере, так как их характеристики больше подходят для различных конструкций специального назначения: от чаш бассейнов и туннелей до мостов и плотин.

Классификация общестроительных бетонов учитывает не только прочность, но и другие их свойства. Например, морозостойкость определяет не только сферу использования монолита, но и его долговечность:

  • F15 — подходит для внутренних работ (заливка стяжки пола, возведение перегородок).
  • F25 — минимальный показатель для возведения наружных стен отапливаемых зданий.
  • F50 и выше — такой бетон для фундамента в самый раз, так как сезонное промерзание и оттаивание грунта неизбежно будет оказывать на него термическое воздействие.Причем в северных регионах этот показатель должен быть еще выше.

Класс водонепроницаемости имеет особое значение при выборе стройматериалов для устройства, чаш бассейнов или купелей, а также питьевых и септических колодцев. Обозначается марками от W2 до W20 и указывает давление водяного столба, которое выдерживает бетон (единицы измерения — атм · 10 -1).

Также есть деление монолитов по плотности (буква D). От этого частично зависит прочность бетона, а значит, и возможности его применения.Тяжелые сорта от Д2000-Д2500 кг / м3 применяют для возведения ответственных конструкций, легкие — для общестроительных работ. Легкие изделия плотностью до D1200 кг / м3 в основном относятся к теплоизоляционным материалам, поскольку они имеют низкую несущую способность, едва достигающую прочности марки M50-M75.

Специальный

Здесь разновидностей бетона так же много, как и сам объем этого строительного материала. Рассмотрим самые распространенные:

Изготовлен из тонко измельченных компонентов с высоким содержанием активного кремнезема или оксида алюминия.Он отлично работает при серьезных перепадах температур и длительном нагреве до + 700-1700 ° C (в зависимости от внутренних огнеупорных свойств минеральных заполнителей). Применяется при строительстве тепловых электростанций и металлургических цехов, а также промышленных печей … Имеет хорошие прочностные характеристики и марки не ниже М250, но подвержен кислотной коррозии.

Морозостойкий (до F300) бетон с минимальной водопроницаемостью. Применяется при производстве канализационных и дренажных систем, дамб и некоторых подземных сооружений.Традиционно его делят на дополнительные подгруппы: подводный и надводный, а также бетон переменного уровня. Все они работают в разных условиях окружающей среды, а потому различаются по составу и характеристикам.

В эту группу бетонов входят высокопрочные атмосферостойкие смеси. Их используют в качестве дорожного покрытия, для устройства промышленных площадок с интенсивной эксплуатацией, а также для устройства взлетно-посадочных полос (взлетно-посадочных полос).

Он также имеет низкое водопоглощение из-за добавления в раствор жидкого стекла.Выдерживает нагрев до +1000 ° C и обладает стойкостью к наиболее агрессивным средам, кроме щелочей. Нашел широкое применение в отделке объектов химической промышленности … Однако как самостоятельный строительный материал практически не используется из-за относительно невысокой механической прочности, не превышающей B12,5-15.

Обладает очень высокой прочностью на растяжение и сжатие. Изготавливается на базе ПК или СХПК с тяжелыми заполнителями — как правило, металлосодержащими. Мелкозернистые компоненты здесь — баритовые руды, чугун или свинцовая дробь.Все это позволяет повысить марку плотности до D6000.

Легкий бетон

Есть еще один принцип классификации, который чаще применяется к легким и особенно легким разновидностям газобетона. Здесь все уже привязано к их плотности (а точнее пористости). Он характеризует теплоизоляционные свойства искусственного камня и позволяет автоматически разделить такой бетон на группы по назначению:

  • D600 кг / м3 и более — это строительные смеси и готовые строительные блоки… Они обладают достаточными прочностными показателями, чтобы из них можно было создать не слишком массивную коробку дома в 2-3 этажа. Но их способность поддерживать температуру внутри является скорее приятным бонусом к основным характеристикам и не позволяет полностью отказаться от утеплителя.
  • D400-D600 — это так называемые конструкционные и теплоизоляционные материалы, сочетающие в себе очень среднюю прочность и более приличную энергоэффективность. Для возведения внутренних перегородок подходит любой вид бетона с такими значениями плотности, но его следует использовать с осторожностью при возведении даже слегка нагруженных ограждающих стен.
  • До D300-D400 — теплоизоляционные составы и изделия с высокими значениями пористости могут использоваться только в самонесущих и ненагруженных конструкциях. Их основное предназначение — снижение потерь энергии через капитальные стены. Они выпускаются в виде крупных и легких блоков, которые подходят для утепления многослойной кладки.

Различные таблицы с техническими характеристиками бетона не дают полного представления о возможностях их использования в строительстве.Поэтому перед выбором таких материалов необходимо изучить описание их эксплуатационных свойств и область применения.

Комментарии:

Типы бетона представлены широким спектром материалов, полученных искусственным путем за счет твердения уплотненной смеси, содержащей вяжущее, частицы заполнителя и воду.

Качество бетона определяется точным соотношением цемента и других частей бетонной смеси. Само состояние цемента играет важную роль для будущего состава. Смесь, которая еще не затвердела из нескольких компонентов с включением цемента, называется бетонной смесью.

Обнаружены самые распространенные в строительстве виды бетона, в которых используется высококачественный портландцемент марки М 500 (400).

Классификация типов бетона

Бетон бывает разных видов … И различаются они по основным параметрам:

  • цель использования;
  • вид связующего;
  • Плотность
  • .

Состав бетона с добавлением цемента штатный и рабочий. Номинал производится путем сухого перемешивания заполнителей. Рабочий состав выполняется путем пересчета номинального вида в зависимости от влажности смешанных наполнителей.

Зависит от степени плотности бетонного состава, который складывается из плотности составляющих веществ и цементного камня.

По показателю плотности различают особо тяжелый и тяжелый, легкий и особо легкий бетон.

Вернуться к содержанию

Бетонные смеси тяжелые и легкие

Вернуться к содержанию

Характеристики тяжелых смесей

Для производства особо тяжелых бетонов в качестве наполнителей используются высокоплотные материалы: металлолом, гематит, барит, магнетит.

Особо тяжелые составы используются в специальных зданиях, защищающих от радиоактивных воздействий. В это количество входят бетоны, плотность которых превышает 2500 килограммов на кубический метр.

Тяжелая смесь готовится с использованием плотных наполнителей, таких как известняк, диабаз или гранит, на основе каменного щебня. Везде для строительных целей производят стандартный тяжелый бетон плотностью от 1600 до 2500 кг / м3. Сорт тяжелых композиций начинается с обозначения М100 (а затем 150, 200,…, 600).

Классификация тяжелого бетона:

  • для сборных железобетонных конструкций;
  • быстрое затвердевание;
  • высокая прочность;
  • с мелким песком;
  • для гидротехнических целей;
  • и другие.

Вернуться к содержанию

Параметры легкого бетона

Легкий бетон изготавливается с добавлением пористых наполнителей. К ним относятся, в частности, пемза, керамзит, керамзит, аглопорит, туф. Легкие смеси считаются основным строительным материалом для возведения ограждающих конструкций и несущих конструкций. В последних благодаря легким сортам бетона снижается их вес.

Для этих видов бетона, наряду с прочностью, достаточно важным показателем является их плотность.По плотности бетон делится на:

  • особо легкий — плотностью менее 500 кг / куб.м;
  • легких — от 500 до 1800 кг / куб.м.

Типы легкого бетона:

  1. Пористый — готовится без песка на крупнопористом наполнителе. Поризация осуществляется с помощью предварительно сформированной пены либо с использованием газообразующих компонентов, либо воздухововлекающих. Пену используют для пористости безпесочных смесей, газообразующих добавок — с песком и без него, воздухововлекающих веществ — исключительно с песком.
  2. Крупные поры. В основе материала — крупнопористые легкие наполнители (аглопорит, керамзитовый гравий, шлаковая пемза, природные мелкие и крупнопористые природные заполнители). Эти составы отличаются высокой жесткостью. Поэтому при определении состава следят за неотделением раствора.
  3. Ячеистый — особо легкий состав, имеет большое количество (около 85% от общей массы бетонного материала) мелких и средних ячеек с размерами 1-1.5 мм.

Бетонная смесь, созданная механически, называется пенобетоном, а химически — газобетоном.

Вернуться к содержанию

Типы бетона по вяжущему веществу

Связующее, используемое в материале, отвечает как за его основные свойства, так и за его название.

Вернуться к содержанию

Гипсобетон

Гипсовая разновидность изготавливается с добавлением гипса. Его прочность меньше, чем у цемента, потому что этот бетон успешно применяется для возведения перегородок внутри помещений, подвесных потолков конструкций и элементов декоративной отделки.

Материал из гипса с добавлением цемента и пуццоланового вяжущего — гипсцементно-пуццолановый бетон, применяемый для малоэтажного строительства.

Гипсобетон имеет одно существенное преимущество — экологичность.

Вернуться к содержанию

Силикатный бетон

Силикатная смесь создается путем воздействия тепла и влаги на смесь воды, неорганического наполнителя и известково-кремнеземного связующего. Силикатный материал, как и цемент, широко используется в промышленных целях и гражданском домостроении.

Силикатный состав нашел активное применение при производстве стеновых плит и панелей. Кроме того, из него делают лестничные марши, несущие части, колонны. Участвует в укладке фундаментов дорог, насосно-компрессорных труб и железнодорожных шпал.

Силикатный материал водонепроницаем и устойчив к воздействию агрессивных сред.

Вернуться к содержанию

Цементный бетон

Цементный состав находит самое широкое применение в строительстве.Он изготавливается на основе различных марок портландцемента, и именно они определяют существующую классификацию цементных составов. При их производстве, как правило, используется цемент М 400 (500).

По типу и марке используемого цемента различают бетоны:

  • специализируется на связующем на основе глинозема;
  • декоративный с включением белого или цветного цемента;
  • для самонагруженных конструкций.

В этой статье:

Бетон — основной материал конструкции, приготовленный по определенной технологии.Дополнительные ингредиенты в его составе помогают улучшить структурные и технические характеристики бетона.

Этот строительный материал обычно классифицируют по 6 основным характеристикам: назначение, тип связующего, средняя плотность, прочность, морозостойкость и водостойкость.

1. По назначению

Выпуск различных типов бетонных смесей зависит от условий, в которых будут железобетонные будущие конструкции … Условия могут быть очень специфичными: огнестойкость, сульфатостойкость, устойчивость к нагрузкам, ударам, вибрации.

По назначению различают такие виды смесей:

  • бетон обычный используется для создания балок, колонн, фундаментов, перекрытий;
  • некоторых типов используются для дорожных покрытий, покрытий аэродромов и тротуаров;
  • для устройства плотин, шлюзов, каналов, гидротехнических сооружений, используется гидробетон;
  • выделяют бетон специального назначения, например, жаростойкий или кислотоупорный, а также для радиационной защиты.

2.По типу вяжущего

Наиболее важным фактором, определяющим свойства бетонной смеси, является тип вяжущего.

Основными видами бетона данной категории являются:

Гипсобетон

На основе гипса гипсобетон , который используется в отделочных элементах, для изготовления подвесных потолков и внутренних перегородок. Широкое применение получили гипсоцементно-пуццолановые смеси с высокой водостойкостью, их используют для создания блоков ванных комнат и различных конструкций малоэтажных домов.

Цементно-бетонный раствор

На основе компонентов цемента они производят цементных бетонов и растворов … Наиболее распространенным сырьевым компонентом является портландцемент и его разновидности. Также широко используются бетонные смеси на основе шлакопортландцемента и пуццоланового цемента. Использование этого типа — строительство.

В эту категорию входит декоративный бетон, который производится на основе цветных белых цементов. Идея создания декоративного строительного материала пришла к нам из Германии.Что касается цветов бетона, то в него входят — зеленый, черный, коричневый, синий, желтый, красный и белый оттенки. Особенно дорогим считается белый бетон … Есть еще бетонные смеси на безусадочном, напряженном и глиноземистом цементе.

Бетон шлакощелочной

В последнее время в строительстве стали применять Бетон шлакощелочной … Производится из шлаков, смешанных с растворами щелочей. Этот вид бетона незаменим при создании массивных объектов.

Это связано с тем, что при создании больших конструкций из смеси на портландцементе выделяется большое количество тепла, а температура строительных элементов может достигать 80 °.Если такой предмет остывает очень быстро, могут появиться трещины. Использование шлакощелочного бетона позволяет избежать этой проблемы.

Полимербетон

Со смешанным вяжущим основанием, полимерцементный бетон … В данном случае основа содержит латексы, водорастворимые смолы и цемент. Когда эта смесь остывает, на ее поверхности появляется пленка, которая разбухает в присутствии большого количества влаги.

Бывают двух типов — рамные и заполненные.

Заявление.

Материал активно используется для ландшафтного дизайна, наружной и внутренней отделки стен, фасадов зданий и полов. Полимерцементный бетон удобен в использовании, его легко наносить как механическим способом, так и вручную.

Кислотостойкий и жаропрочный бетон

Для получения специального бетона потребуются специальные вяжущие. Для получения кислотоупорных и жаростойких бетонов в качестве вяжущих используют жидкое стекло, шлак, стекло-щелочные элементы.

Силикатный бетон

Очень редкий вид бетона, практически не используемый для современного производства — силикатный бетон … Их производство основано на использовании извести, где существует автоклавный метод твердения.

Плотный автоклавный силикатный бетон применяется для изготовления несущих панелей внутренних стен и крупных блоков, а также панелей перекрытия. Железнодорожные шпалы, шифер, не содержащие асбеста, изготавливаются из особо прочного строительного материала. Также силикатный бетон можно использовать для устройства дорожных оснований, в НКТ при строительстве шахт. Также существуют комбинированные виды бетона, изготовленные на основе комбинации 2-3 вяжущих.Такие составы часто можно встретить в составе штукатурных смесей, где в единый состав объединены известь, гипс, цемент и другие элементы.

3. По средней плотности

Основным фактором, влияющим на водонепроницаемость, морозостойкость, сопротивление сжатию бетонной конструкции, является плотность … Важность плотности определяют крупные заполнители: доломит, керамзит, диабаз, гравий. , гранит, известняк. В соответствии с ГОСТом марки бетона различаются в пределах от М50 до М800.

По параметрам плотности можно выделить следующие типы бетона:

  • Легкие или легкие, которые производятся на пористых заполнителях: туф, керамзит, пемза. Плотность 500-1800 кг / м 3. Соответствующая маркировка по ГОСТу М50-М450. К этому виду относятся разновидности легкого бетона — ячеистый бетон (газобетон и пенобетон), получаемый путем набухания вяжущего, воды. В эту категорию входят крупнопористые бетоны с легкими заполнителями.Их марки — М50-М150.
  • Бетон тяжелый, полученный из каменных заполнителей: известняк, гранит, диабаз. Его плотность составляет 1800 — 2500 кг / м 3. Соответствие данной марки по ГОСТ М50-М800. Тяжелый бетон нашел применение при строительстве промышленных и гражданских зданий в качестве железобетонных и бетонных конструкций, а также при строительстве гидротехнических сооружений, каналов и транспортных сооружений.
  • Особо тяжелый бетон плотностью более 2500 кг / м 3 создается на стальных опилках, стружке, железной руде.Он используется для специальных конструкций, предназначенных для защиты от радиоактивных веществ.

Каждая марка бетона определяет свой класс прочности. Для строительства наименее ответственных конструкций марки с наименьшим значением — М50, М75, М100. Например, этот наименее прочный бетон подходит для устройства отмостки. Для стяжки полов или железнодорожных плит потребуется бетон более высокой прочности, например, марки М200.

Самый прочный бетон — М550.

Различная прочность всех марок бетона зависит от пропорций песка, цемента и щебня в его составе. Высокая прочность достигается за счет внушительного присутствия цемента.

4. По морозостойкости и водостойкости бетона

Существуют также марки бетона по морозостойкости , которые в ГОСТе обозначаются буквой F. Морозостойкость характеризуется наибольшим объемом промерзания и оттаивания с снижение веса и силы на определенную величину.Самые плотные бетонные смеси всегда самые морозостойкие. В этой категории различают марки бетона от F25 до F1000.

Способность бетона не пропускать воду, которая проходит под давлением, называется водонепроницаемостью .

Марки бетона по этой классификации: W2, W4, W6, W8, W12. Несколько лет назад для обозначения этого параметра использовалась русская буква B.


В настоящее время бетон является важнейшим строительным материалом, производимым в зависимости от условий использования по определенной технологии.Дополнительные ингредиенты, входящие в состав бетона, улучшают его технические и структурные параметры.

Классификация бетона ведется по шести основным характеристикам:

1. Назначение.
2. Вид связующего.
3. Плотность.
4. Прочность.
5. Морозостойкость.
6. Водонепроницаемый.

● Характеристики бетонной смеси напрямую зависят от мест и условий, в которых она будет использоваться как сама по себе, так и в составе железобетонных конструкций.Места и условия эксплуатации бетона могут быть очень необычными, и, следовательно, специфические свойства бетонных смесей следующие: устойчивость к вибрации и нагрузкам, огнестойкость, ударопрочность, сульфатостойкость.
● Тип вяжущего является основным фактором, определяющим свойства бетонной смеси.

Цементный бетон и цементный раствор — на основе цементных компонентов. Наиболее распространенными компонентами здесь являются все виды портландцемента, шлакопортландцемент, пуццолановый цемент.Также используются бетон на основе безусадочного, напряженного и глиноземистого цемента. Также здесь можно выделить декоративный бетон, сделанный на основе белого и цветного цемента. Цветовая палитра бетонных смесей включает синий, красный, желтый, черный, коричневый, зеленый и белый (самые дорогие) цвета.

Бетон шлакощелочной начали использовать относительно недавно. Этот вид бетона создается на основе шлака, смешанного с растворами щелочей. Места использования — строительство крупных объектов.При возведении массивных конструкций с использованием бетонной смеси на основе портландцемента выделяется большое количество тепловой энергии, которая способствует нагреву строительных элементов до 80 ºС. Но при быстром охлаждении в трещинах могут появиться трещины. бетонная конструкция. Избежать этого негатива помогает использование шлакощелочного бетона.

Бетон кислотостойкий и жаропрочный в качестве связующих содержит жидкое стекло, стекло-щелочные и шлаковые элементы. Используется при строительстве специальных строительных объектов.
ГОСТ 25881-83 Бетоны химически стойкие. Методы испытаний.

Полимербетон получается в результате использования смешанной связующей основы, содержащей латексы, водорастворимые смолы и цемент. Когда бетонная смесь остывает, на поверхности появляется пленка, которая имеет свойство набухать в присутствии значительного количества влаги. Полимерцементный бетон используется при создании ландшафтного дизайна, при внутренних и наружных отделочных работах, а также при устройстве полов.С этим типом бетона можно работать как вручную, так и механизированным способом … Различают каркасный и наполненный полимерцементный бетон.

Объединенные виды бетон включают основу из нескольких связующих. Область применения — в составе штукатурных смесей, содержащих гипс, цемент, известь и другие компоненты.

Гипсобетон , изготовленный на основе гипса, применяется для изготовления натяжных потолков, межкомнатных перегородок и элементов отделки.При строительстве ванных комнат используются гипсоцементно-пуццолановые смеси с высокой водостойкостью.

Силикатный бетон в настоящее время используется крайне редко. Производство силикатного бетона связано с применением извести и автоклавным методом твердения. Этот вид бетона может использоваться в панелях перекрытия, в несущих панелях больших блоков и внутренних стенах, в трубах для шахтного строительства, при устройстве фундаментов дорог. Особо прочные сорта силикатного бетона используются в шпалах железных дорог, а также при производстве безасбестового шифера.ГОСТ 25214-82 Бетон силикатный плотный. Технические условия.
● Плотность бетона напрямую влияет на такие характеристики, как сопротивление сжатию, морозостойкость и водонепроницаемость. На плотность влияют крупные заполнители бетонной смеси — керамзит, гравий, диабаз, доломит, известняк, гранит. Марки бетона по плотности от М50 до М800.

● В зависимости от плотности различают следующие виды бетона:

1. Легкий или легкий бетон.Этот вид бетона производится с участием пористых заполнителей — керамзита, пемзы, туфа. По ГОСТу маркировка от М50 до М450. К легкому бетону относятся газобетон, крупнопористый бетон с легким заполнителем, пенобетон, газобетон, материалы, получаемые путем набухания вяжущего.

2. Тяжелый бетон изготавливается из горных пород — гранита, диабаза, известняка. Плотность тяжелого бетона 1800-2500 кг / м³. По ГОСТу маркировка тяжелого бетона варьируется от М50 до М800.Область применения: бетонные и железобетонные конструкции в гражданских и промышленных зданиях и сооружениях, в том числе гидротехнических и транспортных сооружений.

3. Особо тяжелый бетон получают из железной руды, стружки, опилок. Применяется при строительстве специальных сооружений, способных противостоять радиоактивному загрязнению. Плотность такого бетона выше 2500 кг / м³.

● Прочность бетона определяется его маркой. Различия марок бетона по прочности зависят от пропорций цемента, песка и щебня в его составе.Высокая прочность бетона достигается за счет значительного содержания цемента. Прочность бетона указывает на его механические свойства и устойчивость к нагрузкам. Этот показатель предела сопротивления измеряется в кгс / см².

● Бетон марок М15-М50 применяется для возведения ограждающих и теплоизоляционных конструкций. Для возведения несложных конструкций (например, отмостки фундамента) используется бетон низких марок: М50-М100. При устройстве монолитных фундаментов используется бетон марки М100-М150.Для железобетонных панелей и блоков, не испытывающих серьезных нагрузок, используется бетон М200-М250, а для предварительно напряженных конструкций — бетонный раствор марки не ниже М300. Бетон М200 применяется для устройства полов железных дорог и при стяжке полов. Бетон марки М550 считается самым прочным.

● Согласно другой классификации бетон классифицируется по классам прочности на сжатие от B1 до B22. Обе системы предназначены для учета одного и того же.Но есть одно отличие: классы бетона (B) указывают гарантированное значение, а марка бетона (M) указывает среднее значение прочности на сжатие. Гарантированное значение плотности означает, что бетон по крайней мере такой же прочный, как заявлено. Хотя более распространена классификация бетона по маркам (М), но при разработке проектной документации указывается гарантированное значение прочности (В).

● Марка бетона по морозостойкости обозначается буквой F, за которой следует число, обозначающее количество циклов замерзания и оттаивания, которые он выдержал для данного вида бетона без ухудшения его характеристик.. Влага в порах бетона в замерзшем состоянии превращается в лед и увеличивается в объеме. Расширение застывшей влаги приводит к увеличению внутренних напряжений бетона, то есть к нарушению структурной целостности. На морозостойкость напрямую влияет уровень капиллярной пористости — чем больше объем пор в бетонной конструкции, тем ниже ее морозостойкость.

● В зависимости от различий строительных объектов в разных климатических условиях различаются и требования к морозостойкости бетона: от F 25 до F 1000.Плотность бетонной смеси также влияет на морозостойкость.

● Повышение морозостойкости достигается за счет уменьшения пористости, использования глиноземных цементов и специальных гидрофобных воздухововлекающих добавок, образующих резервные поры, которые не заполняются влагой при нормальных условиях, а только при низких температурах.

● ГОСТ 10060.1-95 Бетон. Основной метод определения морозостойкости.
● ГОСТ 25192-82 Бетон. Классификация и общие технические требования.

● Водостойкость бетона — это его способность блокировать прохождение воды под давлением. Влага, а также содержащиеся в воде кислотные компоненты негативно влияют на бетонные конструкции из-за того, что вода обладает способностью вымывать легко растворимые компоненты практически из любого материала. Одним из компонентов бетонной смеси компонентов является гашеная известь — гидрат оксида кальция. Вымывание этого компонента приводит к разрушению конструкции как фундамента, так и бетонных блоков.

● Водонепроницаемость обозначается буквой W: от W2 до W20, хотя ранее для этого использовалась кириллическая буква B. Марки бетона характеризуются односторонним гидростатическим давлением в кгс / см².

● Пуццолановый или сульфатостойкий портландцемет, использование специальных пленкообразующих покрытий и добавление гидрофобных добавок в бетонный раствор используются для повышения водостойкости бетона.

Физика корок нейтронных звезд

Ожидается, что нейтронные звезды, за исключением короткого периода после своего рождения, будут содержать различные сверхтекучие и сверхпроводящие фазы [363, 116, 29, 367].В этом разделе, после краткого обсуждения сверхпроводимости и ее возможного возникновения в корках нейтронных звезд, мы рассмотрим наши текущие теоретические представления о статических и динамических свойствах нейтронной сверхтекучей жидкости во внутренней коре нейтронных звезд. Общее введение и недавний обзор сверхтекучести и сверхпроводимости см., Например, в книге Аннетта [22].

Сверхпроводимость в корках нейтронных звезд

В теории сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) [36] связь электронов с колебаниями решетки приводит к эффективному притягивающему взаимодействию между электронами, несмотря на отталкивающую кулоновскую силу.В результате электроны противоположных спинов образуют пары с нулевым полным угловым моментом. Эти куперовских пар ведут себя как бозоны. В отличие от фермионов, бозоны не подчиняются принципу исключения Паули, который запрещает многократное заселение одночастичных квантовых состояний. Следовательно, ниже некоторой критической температуры бозоны конденсируются в одночастичное состояние с наименьшей энергией, что приводит к сверхтекучести, как в жидком гелии-4. Грубо говоря, сверхпроводимость можно рассматривать как бозе-эйнштейновскую конденсацию связанных электронных пар.Однако аналогию с конденсацией Бозе-Эйнштейна не следует заходить слишком далеко. Действительно, куперовские пары не существуют выше сверхпроводящего перехода, в то время как в бозоне-эйнштейновской конденсации бозоны всегда существуют выше и ниже критической температуры. Кроме того, электроны в паре не образуют хорошо разделенных «молекул», как атомы в жидком гелии, а вместо этого сильно перекрываются. Пространственная протяженность куперовской пары в обычном сверхпроводнике обычно на несколько порядков больше, чем среднее расстояние между электронами.Конденсация Бозе-Эйнштейна (BEC) и режим BCS теперь понимаются как две разные границы одного и того же явления, как показано на рисунке. Переход между этими двумя пределами недавно был изучен в ультрахолодных атомарных ферми-газах, для которых взаимодействие можно регулировать экспериментально [103].

Схематическое изображение, иллюстрирующее разницу между режимом BCS (слева) перекрывающихся слабосвязанных пар фермионов и режимом BEC (справа) для сильно связанных пар.

В самой внешней оболочке нейтронных звезд, где плотность аналогична плотности обычных твердых тел, критическая температура для возникновения электронной сверхпроводимости составляет, самое большее, порядка нескольких К, что на много порядков меньше. чем ожидаемая и наблюдаемая температура поверхности (см. раздел 12.2). Кроме того, хорошо известно, что железо, наиболее вероятная составляющая внешних слоев коры (раздел 3.1), не является сверхпроводящим при нормальном давлении. В 2001 году [376] было обнаружено, что железо становится сверхпроводящим при «высоких» давлениях 5 между 1,5 · 10 11 и 3 · 10 11 дин см −2 , когда температура ниже примерно 2 К. При более высоких плотностях, предполагая, что электроны вырождены, мы можем оценить критическую температуру из приближения слабой связи БКШ [36] (см. Также обсуждение Гинзбурга [160]).

122

, где T pi — ионная плазменная частота, v eff — эффективное притягивающее электрон-электронное взаимодействие и g Fe — плотность электронных состояний на фермиевском уровне. уровень (на единицу энергии и на единицу объема). Пренебрегая эффектами зонной структуры (что является очень хорошим приближением в плотной материи; см., Например, обсуждение Петика и Равенхолла [326]), плотность электронных состояний определяется как

123

, так что критическая температура принимает форма

124

, где ζ — числовой положительный коэффициент порядка единицы [160].При плотностях намного ниже ∼ 10 6 г см −3 электроны являются нерелятивистскими, и их скорость Ферми определяется выражением v F e = ħk F e / m и . В результате критическая температура уменьшается экспоненциально со средней массовой плотностью ρ как

125

, где ζ ′ ≡ ζ ( 9πZ /4 A ) 1/3 и составляет типичная плотность обычного вещества ( a 0 — это радиус Бора и м u единица атомной массы).Рассматривая, например, плазму из железа и электронов и принимая значение ζ = 8 / π, рассчитанное для модели «желе» Киржница [240], критическая температура приблизительно равна

126

. оценка показывает, что критическая температура очень быстро уменьшается с увеличением плотности, снижаясь от ∼ 30 K при ρ = 10 г см −3 до 10 −1 K при ρ = 10 2 г см — 3 и до 10 −7 K при ρ = 10 3 г см −3 ! При плотностях выше ∼ 10 6 г см −3 электроны становятся релятивистскими, а v Fe ∼ c.Согласно уравнению (124) критическая температура релятивистских электронов определяется как

127

, где α = e 2 / ħc ≃ 1/137 — постоянная тонкой структуры. Из-за экспоненциального множителя критическая температура практически равна нулю.

Таким образом, мы можем твердо заключить, что электроны в корках нейтронных звезд (и a fortiori в ядрах нейтронных звезд) не являются сверхпроводящими. Тем не менее полностью не исключена сверхпроводимость в коре.Действительно, на границе кора-ядро некоторые протоны могут быть свободными в мантии «макароны» (раздел 3.3) и могут быть сверхпроводящими из-за спаривания через сильные ядерные взаимодействия с критической температурой, намного превышающей температуру электронной сверхпроводимости. Микроскопические расчеты в однородной ядерной материи предсказывают температуры перехода порядка T cp ∼ 10 9 −10 10 K, что намного больше, чем типичные температуры для зрелых нейтронных звезд.Некоторые свойства сверхпроводников обсуждаются в разделах 8.3.3 и 8.3.4.

Статические свойства сверхтекучести нейтронов

Вскоре после ее формулировки теория электронной сверхпроводимости Бардина-Купера-Шриффера (БКШ) [36] была успешно применена к ядрам Бором, Моттельсоном и Пайнсом [51] и Беляевым [46]. В статье, посвященной моменту инерции ядер, Мигдал [291] высказал предположение о возможности возникновения сверхтекучести в «нейтронном ядре» звезд (идея, выдвинутая Гамовым и Ландау в 1937 г. как возможный источник звездных звезд). энергии (см., например, [184]).Сверхтекучесть внутри нейтронных звезд впервые была исследована Гинзбургом и Киржницем в 1964 г. [161, 162]. Вскоре после этого Вольф [424] показал, что свободные нейтроны в коре, скорее всего, будут сверхтекучими. Весьма примечательно, что возможность сверхтекучести внутри нейтронных звезд была поднята до открытия пульсаров Джоселин Белл и Энтони Хьюиш в 1967 году. Позже это предсказание, казалось, подтвердилось наблюдением длительного времени релаксации порядка месяцев после первого сбоя пульсара Vela [41].Считается, что нейтронная сверхтекучая среда в коре играет ключевую роль в самом механизме сбоев. Пульсарные глитчи по-прежнему считаются сильнейшим наблюдательным свидетельством сверхтекучести нейтронных звезд (см. Раздел 12.4).

В основе теории BCS лежит наличие притягивающего взаимодействия, необходимого для образования пар. В обычных сверхпроводниках это спаривающее взаимодействие непрямое и слабое. В ядерном случае возникновение сверхтекучести — гораздо менее тонкое явление, поскольку голое сильное взаимодействие между нуклонами естественно привлекательно на не слишком малых расстояниях во многих каналах JLS ( Дж — общий угловой момент, L — орбитальный угловой момент). импульс, S -спин нуклонной пары).Помимо протонного сверхпроводника, подобного обычным электронным сверхпроводникам, ожидается, что внутри нейтронной звезды будут обнаружены два разных типа нейтронных сверхтекучих веществ (обзор см., Например, в [363, 271, 116, 29, 367]). ). Ожидается, что в коре и во внешнем ядре нейтроны образуют изотропную сверхтекучую жидкость, такую ​​как гелий-4, в то время как в более плотных областях они, как ожидается, образуют более экзотический вид (анизотропной) сверхтекучей жидкости с каждым членом пары, имеющим параллельные спины. , как в сверхтекучем гелии-3.Пары нейтрон-протон тоже могут существовать в принципе; однако их образование не сильно благоприятствует асимметричной ядерной материи нейтронных звезд.

Щель спаривания нейтронов в однородной нейтронной материи при нулевой температуре

Центральной величиной в теории БКШ является функция щели, которая связана с энергией связи пары. Если на время пренебречь ядерными кластерами во внутренней коре и рассмотреть чистую нейтронную материю, уравнения зазора при заданной числовой плотности n и при нулевой температуре читаются в простейшем приближении [346]:

128

вместе с

129

где — матричный элемент парного взаимодействия между обращенными во времени плоскими волновыми состояниями с волновыми векторами k и k ‘ , μ — химический потенциал, а ϵ ( k ) — энергия отдельной частицы.Когда отношение Δ ( k ) / μ мало, концепция поверхности Ферми остается четко определенной, и два уравнения можно разделить, установив μ = ϵ ( k F ) ≡ ϵ F .

Поскольку ядро ​​в промежутке интеграла достигает пика около химического потенциала μ ϵ F , предположим, что элементы матрицы спаривания остаются постоянными в пределах | ϵ ( k ) — мкм | < ϵ C и ноль в других местах; ϵ C — энергия отсечки .При таком схематическом взаимодействии функция зазора становится независимой от k . В обычных сверхпроводниках спаривание электронов передается за счет колебаний ионной решетки. Таким образом, ионная плазменная частота обеспечивает естественную отсечку C = ħω pi (см. Раздел 8.1). Однако в ядерном случае не существует a priori выбора из ϵ C . Обрезка все еще может быть введена в уравнения БКШ при условии, что спаривающее взаимодействие соответствующим образом перенормировано, как показано Андерсоном и Морелем [11].Уравнения БКШ для щели (128) могут быть решены аналитически в приближении слабой связи, предполагая, что спаривающее взаимодействие невелико, где g ( ϵ ) — плотность одночастичных состояний при энергии e. Учитывая, что г ( ϵ ) остается постоянным в диапазоне энергий | ϵ мкм | < ϵ C , зазор Δ ( кФ ) ≡ Δ F при импульсе Ферми k F определяется как

130

, где верхний индекс C напоминает нам, что сила парного взаимодействия зависит от обрезания.Для ядерной материи это выражение обычно не очень хорошее, поскольку спаривающее взаимодействие велико. Тем не менее это иллюстрирует крайне непертурбативный характер спаривающей щели. Это также показывает, что чем меньше плотность состояний, тем меньше щель. Следовательно, ожидается, что щель спаривания нейтронов в коре нейтронной звезды будет меньше внутри ядерных кластеров (дискретные уровни энергии), чем снаружи (непрерывный энергетический спектр), что подтверждается подробными расчетами (см. Раздел 8.2.3).

Спаривание, полученное путем решения уравнений (128) и (129) для нейтронной материи с использованием голого нуклон-нуклонного потенциала и в предположении наличия одночастичного спектра свободного ферми-газа

131

, где m n равно масса нейтрона почти не зависит от нуклон-нуклонного потенциала (при условии, что она соответствует данным рассеяния) и показана на рисунке.

Типичный 1 S 0 Спаривающая щель в чистом нейтронном веществе как функция плотности нейтронов, полученная в приближении BCS с голым нуклон-нуклонным потенциалом и спектром свободной энергии (взято из рисунка [ 271]).

Как видно, нейтронные пары наиболее сильно связаны при плотности нейтронов около n n ≃ 0,02 фм −3 . При более высоких плотностях спаривающая щель уменьшается из-за короткодействующей отталкивающей части нуклон-нуклонного взаимодействия.Спаривающая щель практически не зависит от нуклон-нуклонного потенциала. Причина в том, что нуклон-нуклонные потенциалы вынуждены воспроизводить экспериментальные фазовые сдвиги вплоть до энергий рассеяния порядка E lab ∼ 350 МэВ, что соответствует плотности нейтронов порядка n n ≃ 0,3 фм −3 . Фактически, можно показать, что спаривающая щель полностью определяется экспериментальными фазовыми сдвигами нуклон-нуклон 1 S 0 [136].При малых относительных импульсах k нейтрон-нейтрон 1 S 0 фазовые сдвиги δ ( k ) хорошо аппроксимируются расширением

132

, где a nn = -18,5 ± 0,3 фм и r nn = 2,75 ± 0,11 фм — длина нейтрон-нейтронного рассеяния и эффективный диапазон соответственно [381]. Большие отрицательные значения длины рассеяния связаны с притягивающими взаимодействиями, которые почти приводят к существованию динейтрона.В бозе-атомных газах, захваченных магнитными ловушками, длину рассеяния можно варьировать экспериментально, настраивая магнитное поле [127]. Можно показать, что для волновых векторов Ферми k F ≪ 0,5 фм −1 ( n b ≪ 4 × 10 −3 фм −3 ), промежуток спаривания Δ F полностью определяется только этими двумя параметрами [136]. В пределе нулевой плотности k F | α nn | ≪ 1 (т.е., nn ≪ 5 × 10 −6 фм −3 ) уравнения разрыва точно решаются и разрыв спаривания может быть аналитически выражен точной формулой [321]

133

Подчеркнем, что это формула универсальна и справедлива для любой фермионной системы с притягивающими взаимодействиями ( a nn <0). Уравнение (133) показывает, что спаривающая щель сильно зависит от плотности и нуклон-нуклонного взаимодействия. Таким образом, можно предвидеть, что модификации голого нуклон-нуклонного взаимодействия из-за поляризации среды, которыми пренебрегли, будут иметь драматический эффект.Действительно, можно строго показать [172], что в пределе низкой плотности поляризационные эффекты уменьшают величину зазора (133) в 4 раза 1/3 exp (1/3) ∼ 2, независимо от силы взаимодействие!

Зазор Уравнения (128) и (129), решенные для голого взаимодействия со свободным энергетическим спектром одной частицы, уравнение (131), представляют собой простейшее возможное приближение к проблеме спаривания. Более последовательный подход с точки зрения теории многих тел состоит в вычислении энергий отдельных частиц в приближении Хартри-Фока (после регуляризации жесткого ядра голого нуклон-нуклонного взаимодействия).Следующим шагом является «одевание» парного взаимодействия эффектами поляризации среды. Расчеты были выполнены с феноменологическими нуклон-нуклонными взаимодействиями, такими как сила Гогни [117, 140], которые построены так, чтобы воспроизвести некоторые свойства конечных ядер и ядерной материи. Другой подход состоит в том, чтобы вывести это эффективное взаимодействие из голого нуклон-нуклонного потенциала (двухчастичные и / или трехчастичные силы) с использованием методов многих тел. Тем не менее в уравнениях разрыва вида (128) не учитываются важные аспекты, связанные с множеством тел.

В теории многих тел общими уравнениями, описывающими сверхтекучую ферми-систему, являются уравнения Намбу-Горькова [3], в которых щелевая функция Δ ( k , ω ) зависит не только от волнового вектора k , но и на частоте ω . Эта частотная зависимость возникает из-за динамических эффектов. В этом контексте можно показать, что теория БКШ представляет собой приближение среднего поля к проблеме спаривания многих тел. Уравнения Горькова не могут быть решены точно, и необходимо делать некоторые приближения.В последние годы эта проблема решалась с использованием различных микроскопических подходов и схем аппроксимации. Качественно эти расчеты приводят к выводу, что эффекты среды уменьшают максимальную зазор спаривания нейтронов по сравнению со значением BCS (обратите внимание, что это включает возможность того, что эффекты среды фактически увеличивают зазор спаривания для некоторого диапазона плотностей). Однако эти расчеты предсказывают очень иную зависимость плотности парной щели, как показано на рисунке.

1 S 0 парная щель в чистом нейтронном веществе как функция плотности нейтронов, полученная в результате микроскопических расчетов с различными приближениями для учета эффектов среды.

Прежде чем завершить этот раздел, мы дадим аналитическую формулу для нескольких репрезентативных промежутков спаривания нейтронов, используя следующее выражение, предложенное Каминкером и др. [229].

134

, где k F = ( 3 n n ) 1/3 и θ — ступенчатая функция Хевисайда ( 10θ ) = 1, если x > 0, и θ ( x ) = 0 в противном случае.Параметры Δ 0 , k 1 , k 2 , k 3 и k max приведены в таблице. При низкой плотности зазор спаривания изменяется примерно так, как ожидалось, уравнение (133), учитывая это.

Таблица 5

Параметры для аналитической формулы Уравнение (134) нескольких репрезентативных 1 S 0 парных промежутков в чистой нейтронной материи: парные промежутки BCS-BCS показаны на рисунке, Брюкнер — парные промежутки Цао и другие.[69] на основе схематических расчетов (показанных на рисунке) и разрыва RG-спаривания Schwenk et al. [366], основанный на подходе ренормгруппы (показан на рисунке). Δ 0 дано в МэВ. k 1 , k 2 , k 3 и kmax даны в фм -1 .

модель Δ 0 к 1 к 2 к 3 к макс.
BCS 910.603 1,38297 1,57068 0,

7

1,57
Брюкнер 11,4222 0,556092 1,38236 0,327517 1,37
RG 16,5709 1,13084 1,47001 0,582515 1,5
Критическая температура для сверхтекучести нейтронов

Зазор BCS Уравнения (128) при нулевой температуре могут быть обобщены до конечной температуры T (приняв стандартное обозначение β ≡ 1/ k B T , где k B — постоянная Больцмана)

135

Сверхтекучесть исчезает всякий раз, когда температура превышает некоторый критический порог.Заметим, что изотропная сверхтекучесть нейтронов также может быть разрушена достаточно сильным магнитным полем, так как это заставит каждый спин нейтронной пары выровняться (как указал Киршниц [239]). На общих основаниях можно показать, что изотропная щель спаривания Δ F ( T = 0) при нулевой температуре (при импульсе Ферми k F ) и критическая температура T c приблизительно связаны по [36]

136

где γ — постоянная Эйлера.Этот хорошо известный результат обычной электронной сверхпроводимости довольно хорошо применим к сверхтекучести нуклонов, особенно для плотностей, при которых Δ F (0) принимает максимальное значение [271].

Температурная зависимость зазора спаривания для T ≤ T c может быть приблизительно записана как [428]

137

Таким образом, нулевые зазоры спаривания температуры порядка 1 МэВ связаны с критическими температурами порядка 10 10 К, что значительно больше типичных температур внутри нейтронных звезд, за исключением самой ранней стадии их формирования.Таким образом, существование нейтронной сверхтекучей жидкости во внутренней коре нейтронной звезды хорошо доказано теоретически. Тем не менее зависимость критической температуры от плотности, предсказываемая различными микроскопическими расчетами, значительно различается из-за разных приближений задачи многих тел. Интересный вопрос касается охлаждения нейтронных звезд и кристаллизации коры: конденсируются ли нейтроны в сверхтекучую фазу до образования коры или после?

На рисунке показана температура плавления T m внутренней коры нейтронных звезд в сравнении с критической температурой T c для начала сверхтекучести нейтронов.Структура коры рассчитана Негеле и Вотерином [303]. Температура плавления была рассчитана по уравнению (15) с Γ m = 175. Температура T c была получена из уравнения (136) с учетом однородной сверхтекучей жидкости нейтронов с плотностью несвязанных нейтронов, определяемой выражением Негеле и Вотерин [303]. Для сравнения показаны несколько критических температур. Как обсуждалось в разделе 8.2.1, значение BCS представляет собой простейшее приближение к истинной критической температуре.Две другие критические температуры были получены из более реалистичных расчетов парной щели, которые включают эффекты среды с использованием различных многочастичных приближений. Расчет Cao et al. [69] основан на схематических расчетах, тогда как Schwenk et al. [366] опирается на ренормгруппу.

Температура плавления T м коры и критическая температура T c начала сверхтекучести нейтронов как функция плотности ρ .Модель внутренней коры основана на Negele & Vautherin [303]. Три типичных случая (как показано на рисунке): разрыв спаривания BCS Δ F и более реалистичный разрыв спаривания Cao et al. [69] и Schwenk et al. [366].

Для расчетов БКШ и Брюкнера парной щели в диапазоне плотностей ∼ 10 12 — 10 14 г см −3 нейтроны могут стать сверхтекучими до того, как материя кристаллизуется в твердую корку. .Как обсуждалось в разделе 8.3.2, в результате вращения звезды нейтронная сверхтекучая жидкость будет пронизана массивом квантованных вихрей. Эти вихри могут влиять на кристаллизацию коры, благоприятствуя ядерным кластерам вдоль линий вихря, как предположили Мочизуки и др. [293]. Напротив, расчеты Schwenk et al. [366] показывают, что при любой плотности твердая кора образовалась бы до того, как нейтроны стали бы сверхтекучими. Недавно также было показано, принимая во внимание влияние неоднородностей на нейтронную сверхтекучую среду, что в мелких слоях внутренней коры нейтроны могут оставаться в нормальной фазе даже долгое время после образования корки, когда температура опустилась ниже 10 9 К [294].

Парный разрыв в корках нейтронных звезд

В этом разделе мы обсудим влияние ядерных кластеров на парные свойства нейтронной сверхтекучей жидкости в корках нейтронных звезд. Относительная важность этих эффектов определяется длиной когерентности, определяемой как среднеквадратичный радиус парной волновой функции. Вообще говоря, длина когерентности представляет собой размер пары нейтронов. Это важный масштаб длины, который определяет многие свойства сверхтекучей жидкости.Например, длина когерентности порядка размеров ядер сверхтекучих вихрей. Согласно теореме Андерсона [114], влияние неоднородностей (здесь — ядерных кластеров) на нейтронную сверхтекучую среду пренебрежимо мало, если длина когерентности намного больше характерного размера неоднородностей. Предполагая слабую связь, длину когерентности можно приблизительно оценить с помощью выражения Пиппарда

138

, где Δ F — щель спаривания нейтронов при импульсе Ферми kF (см. Раздел 8.2.1). Это выражение дает только нижнюю границу длины когерентности, поскольку эффекты среды имеют тенденцию уменьшать парные корреляции, как обсуждалось в разделе 8.2.1. Тем не менее эта оценка довольно близка к значению, полученному в более детальных расчетах [111, 283]. Как видно на рисунке, длина когерентности меньше, чем шаг решетки 6 , за исключением самых плотных слоев корки. Следовательно, нельзя пренебрегать влиянием твердой коры на сверхтекучесть нейтронов.Эта ситуация резко контрастирует с той, которая встречается в обычных сверхпроводниках I типа, где электронные куперовские пары пространственно вытянуты на мезоскопические расстояния ∼ 10 3 — 10 4 Å, и в результате спаривающая щель почти нечувствительна к детали атомной кристаллической структуры, поскольку типичный период решетки составляет порядка нескольких Å. На рисунке мы также отобразили среднее расстояние между нейтронами, определяемое длиной когерентности Пиппарда

139

для модели коры нейтронной звезды Негеле и Вотерина [303].Длина когерентности была рассчитана по уравнению (138) в предположении, что нейтронная сверхтекучая жидкость однородна с плотностью несвязанных нейтронов, обозначенной в [303]. Были рассмотрены три типичных случая: разрыв спаривания BCS Δ F и более реалистичный разрыв спаривания Cao et al. [69] и Schwenk et al. [366]. Зазоры показаны на рисунке. Для сравнения мы также показываем радиус R ячейки сферы Вигнера-Зейтца и среднее межнейтронное расстояние d n .

В более плотных слоях коры длина когерентности меньше, чем среднее расстояние между нейтронами, что позволяет предположить, что сверхтекучая нейтронная жидкость представляет собой конденсат Бозе-Эйнштейна сильно связанных пар нейтронов, в то время как в более мелких слоях внутренней коры сверхтекучая нейтронная жидкость находится в режиме перекрытия слабосвязанных пар БКШ. Примечательно, что для проверенных пробелов в спаривании, таких как Schwenk et al. [366], длина когерентности больше, чем среднее расстояние между нейтронами во всей внутренней коре, так что в этом случае на любой глубине сверхтекучая нейтронная жидкость находится в режиме БКШ.

С момента формулировки теории БКШ значительные теоретические усилия были посвящены микроскопическому расчету парных щелей в однородной ядерной материи с использованием теории многих тел. С другой стороны, до недавнего времени сверхтекучесть корок нейтронных звезд не привлекала большого внимания, несмотря на ее важность для многих наблюдательных явлений, таких как глитчи пульсаров (см. Раздел 12). Парные корреляции в неоднородной сверхтекучей системе можно описать с помощью поля спаривания Δ ( r ).В ранних исследованиях [59, 107, 135] поле спаривания рассчитывалось в предположении, что вещество является локально однородным (приближение локальной плотности). Такие расчеты предсказывают, в частности, что значение поля спаривания внутри ядерных кластеров практически одинаково для разных слоев коры. Причина кроется в ядерном насыщении: плотность внутри тяжелых ядер практически постоянна, независимо от числа связанных нуклонов. В некоторых случаях было обнаружено, что поле спаривания исчезает внутри кластеров [135].Приближение локальной плотности справедливо, если длина когерентности меньше характерного масштаба изменения плотности. Однако в коре это условие никогда не выполняется. В результате приближение локальной плотности переоценивает пространственное изменение поля спаривания. Из-за «эффектов близости» свободные сверхтекучие нейтроны вызывают парные корреляции связанных нейтронов внутри кластеров и , наоборот, , что приводит к плавному пространственному изменению поля спаривания нейтронов [38].Как замечательно следствие, значение поля спаривания нейтронов вне (соответственно внутри) ядерных кластеров обычно на меньше (соответственно на больше ), чем полученное в однородной нейтронной материи при той же плотности [31]. В частности, нейтроны внутри кластеров тоже сверхтекучие. Поэтому нейтронную сверхтекучую среду в коре следует рассматривать как неоднородную сверхтекучую среду, а не как сверхтекучую жидкость, текущую мимо кластеров, как препятствия. Влияние ядерных кластеров на сверхтекучесть нейтронов исследовалось в приближении Вигнера-Зейтца несколькими группами.Эти расчеты проводились на уровне среднего поля с реалистичными нуклон-нуклонными потенциалами [37], эффективными нуклон-нуклонными взаимодействиями [38, 295, 361, 360, 237] и с полумикроскопическими функционалами энергии [29, 30, 31 ]. Примеры показаны на рисунке. Эффекты поляризации среды были рассмотрены группой Милана [169, 413], которая обнаружила, что эти эффекты приводят к уменьшению спаривающей щели, как в однородной нейтронной материи. Однако это тушение менее выражено, чем в однородном веществе, из-за наличия ядерных кластеров.Помимо неопределенностей в парном взаимодействии, недавно было показано [30, 31], что поле спаривания очень чувствительно к выбору граничных условий, особенно в нижних слоях земной коры (что также было обнаружено другими группами). Следовательно, результаты, полученные в приближении Вигнера-Зейтца, следует интерпретировать с осторожностью, особенно при вычислении термодинамических величин, таких как теплоемкость нейтронов, которая экспоненциально зависит от зазора.

Поля спаривания нейтронов во внутренней коре, рассчитанные Baldo et al.[32]. Результаты показаны внутри сферы Вигнера-Зейтца. k F — средний импульс Ферми, определяемый как k F = (3 π 2 n b ) 1/3 , где n — плотность барионов.

Сверхтекучая гидродинамика

Сверхтекучая жидкость и критическая скорость

Основным свойством сверхтекучей жидкости является то, что она может течь без диссипации. В нормальной жидкости трение и вязкость возникают из-за случайного разброса частиц.Такие события рассеяния запрещены в сверхтекучей среде, потому что энергия и импульс не могут быть сохранены одновременно. Ключевым аргументом Ландау является то, что в сверхтекучей жидкости, такой как гелий-4, частицы сильно коррелированы, так что концепция отдельных частиц теряет смысл. Однако при достаточно низких температурах предполагается, что система описывается в терминах невзаимодействующих «квазичастиц», которые соответствуют не материальным частицам, а многочастичным движениям (возбуждениям).Энергетический спектр этих квазичастиц может сильно отличаться от спектра одиночных частиц. Используя эту идею, Ландау [247] смог объяснить происхождение бездиссипативного сверхпотока и существование критической скорости, за которой сверхтекучесть исчезает. Аргумент следующий. Рассмотрим макроскопическое тело массой M , текущее через сверхтекучую среду. При низких температурах его скорость V может быть изменена только в процессах рассеяния, когда создаются одна или несколько квазичастиц, при условии, что поток не является турбулентным.Для создания квазичастицы с энергией E ( p ) и импульсом p сохранение энергии означает, что

140

, где V ′ — скорость тела после события. Однако импульс также должен сохраняться,

141

Эти два условия могут быть выполнены только в том случае, если

142

Поскольку возмущающее тело содержит макроскопический набор частиц, масса M очень велика, так что второй член можно пренебречь.Результирующее неравенство не может быть выполнено, если скорость не превышает некоторого критического значения

143

, где min { x } — наименьшее значение x в наборе { x }. Это означает, что для скоростей, меньших, чем V c , создание квазичастиц запрещено, и поэтому жидкость течет без диссипации. В нормальной жидкости энергия отдельной частицы задается выражением в форме

144

, где м — эффективная масса, соответствующим образом перенормированная для включения эффектов многих тел.Следовательно, критическая скорость, согласно критерию Ландау (143), равна нулю, V c = 0. Поскольку жидкий гелий-4 сверхтекучий, Ландау [247, 246] постулировал другой энергетический спектр. При малых импульсах возбуждения квазичастиц представляют собой звуковые волны (фононы), как показано на рисунке. Соотношение дисперсии, таким образом, задается формулой

145

, где c s — скорость звука.

Схематическое изображение, иллюстрирующее коллективные движения частиц, связанных с квазичастицей с низким импульсом (фононом).

При очень высоких импульсах дисперсионное соотношение совпадает с уравнением (144) нормальной жидкости. Между ними дисперсионное соотношение имеет локальный минимум и приблизительно равно

146

. Квазичастицы, связанные с этим минимумом, были названы И.Е. «ротонами». Тамма по сообщению Ландау [247]. Ландау предположил, что эти ротоны связаны с потоком скорости вращения, отсюда и название. Эти ротоны возникают из-за взаимодействий между частицами.Фейнман [145] утверждал, что ротон может быть связан с движением отдельного атома. Когда атом движется через жидкость, он выталкивает соседние атомы со своего пути, образуя кольцо из частиц, вращающихся в обратном направлении, как показано на рисунке. В результате получается вихревое кольцо атомного размера.

Схематическое изображение, иллюстрирующее коллективные движения частиц, связанных с ротонной квазичастицей, согласно интерпретации Фейнмана.

Локальный минимум ротона также интерпретируется как характерный признак флуктуаций плотности, знаменующий начало кристаллизации [200, 334, 307].По словам Нозьера [307], ротоны — это «призраки пятен Брэгга». Теория Ландау оказалась очень успешной в объяснении наблюдаемых свойств сверхтекучего гелия-4 на основе постулируемого энергетического спектра квазичастиц.

В слабо взаимодействующих разреженных бозе-газах, как в ультрахолодных бозе-атомных газах, энергия квазичастиц определяется выражением (см., Например, раздел 21 Fetter & Walecka [142])

147

, где c s — скорость звука.При низком импульсе p он сводится к уравнению (145), а при высоком импульсе стремится к уравнению (144). Таким образом, разбавленные бозе-газы имеют только фононные возбуждения. Примечательно, что идеальный бозе-газ (который характеризуется дисперсионным соотношением (147) с c s = 0) демонстрирует конденсацию Бозе-Эйнштейна при достаточно низких температурах, но не является сверхтекучим, поскольку его критическая скорость равна нуль.

Благодаря специфическому энергетическому спектру квазичастиц как в атомарных бозе-газах, так и в гелии-4 критическая скорость не обращается в нуль, что объясняет их сверхтекучие свойства.Критическая скорость Ландау, Уравнение (143), сверхтекучего гелия-4 из-за испускания ротонов дается формулой

148

Это значение было подтверждено экспериментами по распространению ионов [137]. Однако в большинстве экспериментов измеряются гораздо меньшие критические скорости из-за существования других видов возбуждений. Критическая скорость атомных бозе-газов также была измерена с использованием лазерных лучей вместо макроскопического объекта [235]. И снова были найдены скорости, меньшие скорости Ландау (которая в данном случае равна скорости звука).

Предыдущее обсуждение критической скорости бозе-жидкости можно легко распространить на фермионные сверхтекучие жидкости. В теории БКШ фермионы образуют связанные пары, которые претерпевают бозе-конденсацию, когда температура опускается ниже критической (раздел 8.2). Энергии квазичастиц для однородной ферми-системы равны

149

, где p = ħk , ϵ ( p ) — энергия отдельной частицы, μ — химический потенциал и Δ ( p ) разрыв спаривания при импульсе p .Согласно аргументам Ландау, критическая скорость (143) равна

150

Это выражение может быть получено более строго из микроскопической теории БКШ [35]. Это показывает, что система фермионов является сверхтекучей (т. Е. Критическая скорость не равна нулю) всякий раз, когда взаимодействия являются притягивающими, так что образование пар становится возможным. Также интересно отметить, что спектр БКШ можно интерпретировать в терминах ротонов. Действительно, расширение уравнения (149) до минимума приводит в низшем порядке к выражению, аналогичному уравнению (146).В этом случае p 0 получается путем решения ϵ ( p ) = μ . Остальные параметры задаются формулой Δ r = Δ ( p 0 ), где v 0 = / dp — групповая скорость, оцененная как p 0 .

Наличие «внешнего» потенциала влияет на сверхтекучесть. Эта проблема в последнее время привлекла большой теоретический, а также экспериментальный интерес в области оптически захваченных ультрахолодных атомарных бозе-газов [297].Это также актуально в контексте нейтронных звезд, где твердая кора погружена в нейтронную сверхтекучую среду (и, возможно, в протонный сверхпроводник в жидкокристаллической мантии, где могут присутствовать ядерные «пасты»; см. Раздел 3.3). В приближении BCS (128) с учетом периодического потенциала (индуцированного твердой корой нейтронных звезд) энергии квазичастиц по-прежнему принимают форму, аналогичную уравнению (149). Однако зависимость от импульса перестает быть изотропной. Как показано Картером, Чамелем и Хенселем [77], уравнение (150) для критической скорости затем следует заменить на

151

, где k — волновой вектор Блоха (раздел 3.2.4), v ( k ) = ħ 1 k ϵ ( k ) — групповая скорость фермионов, а м * — эффективная масса, которая возникает в результате взаимодействия между частицами. и решетку, как описано в разделе 8.3.6. Нижний индекс FS означает, что минимум нужно искать на поверхности Ферми 7 . В коре нейтронной звезды эффективная масса несвязанных нейтронов может быть очень большой м м n , как показал Чамел [90, 91].В пределе однородного вещества энергии отдельных частиц задаются выражением вида (144) с m = m n и p = ħk . Следовательно, м = м n и υ = k / м n 1 150, так что уравнение ) с использованием расширенной схемы зон Бриллюэна.Уравнение (151) показывает, что сверхтекучесть исчезает всякий раз, когда в некоторой точке поверхности Ферми исчезает спаривающая щель.

Ожидается, что реальная критическая скорость будет меньше, чем заданная уравнением (151) из-за конечной температуры и эффектов многих тел за пределами среднего поля. Точно так же критическая скорость сверхтекучего гелия-4, полученная в модели квазичастиц Ландау, является только верхней границей, потому что в этой модели квазичастицы считаются невзаимодействующими. Экспериментально измеренные критические скорости обычно намного меньше, в частности, из-за зарождения вихрей.Действительно, относительные движения между сверхтекучей жидкостью и вихрями приводят к силам взаимного трения и, следовательно, к диссипативным эффектам. В общем, любая изогнутая вихревая линия не остается неподвижной в сверхтекучей системе отсчета и, следовательно, вызывает диссипацию. Фейнман [143] вывел критическую скорость, связанную с образованием вихревого кольца в канале радиуса R ,

152

, где r υ — радиус ядра вихря.Этот результат показывает, что критическая скорость, как правило, зависит от экспериментальной установки. В более общем смысле, критическая скорость масштабируется как V c ħ / мл , где L — характерный масштаб длины в эксперименте. Теоретическое определение пробоя сверхтекучести остается открытым вопросом, требующим детального понимания динамики сверхтекучести и, в частности, динамики вихрей.

Вращающаяся сверхтекучая жидкость и вихри

Сверхтекучесть тесно связана с явлением бозе-эйнштейновской конденсации, которое впервые было представлено Фрицем Лондоном [272].В сверхтекучей фазе макроскопическая совокупность частиц конденсируется в низшее квантовое одночастичное состояние, которое (для однородной системы) является состоянием плоской волны с нулевым импульсом (следовательно, является константой). Вскоре после открытия сверхтекучести жидкого гелия Фриц Лондон представил идею макроскопической волновой функции Ψ ( r ), квадрат модуля которой пропорционален плотности n Ψ частиц в конденсат.Эта плотность n Ψ , которую не следует путать со сверхтекучей плотностью nS , введенной в двухжидкостной модели сверхтекучих жидкостей (раздел 8.3.6), может быть строго определена из одночастичной матрицы плотности [322 ]. Волновая функция определяется с точностью до глобального фазового фактора. Ключевой отличительной чертой сверхтекучей жидкости является нарушение симметрии этой калибровочной инвариантности за счет того, что фаза ϕ ( r ) должна быть локальной .Таким образом, макроскопическая волновая функция принимает вид

153

Применение оператора импульса — i ħ ∇ к этой волновой функции показывает, что сверхтекучая жидкость переносит чистый импульс (на сверхтекучую частицу)

154

Это означает, что сверхтекучая жидкость характеризуется условием

155

В отсутствие каких-либо эффектов увлечения (как обсуждается в разделе 8.3.6), импульс определяется как p = м υ , где м — масса сверхтекучих «частиц» 8 и υ — скорость сверхтекучей жидкости.Таким образом, уравнение (155) означает, что поток является безвихревым. Это означает, в частности, что сверхтекучая жидкость во вращающемся баке остается неподвижной по отношению к лабораторной системе отсчета. Однако это состояние Ландау разрушается всякий раз, когда скорость вращения превышает критический порог для образования вихрей, приблизительно заданный уравнением (152). Эксперименты показывают, что тогда вся сверхтекучая жидкость вращается как обычная жидкость. Следовательно, условие (155) может быть нарушено локально, как впервые было предложено Онзагером [310] и обсуждено Фейнманом [143].В самом деле, поскольку фаза макроскопической волновой функции определяется по модулю 2 π , циркуляция количества движения по любому замкнутому пути квантуется

156

, где N — любое целое число, а h — постоянная Планка. Уравнение (156) — это просто правило квантования Бора-Зоммерфельда. Это правило может быть эквивалентно выведено из следующего аргумента. Рассматривая сверхтекучее как макроскопическое квантовое состояние, его импульс p определяется как p = h / λ , где λ — длина волны де Бройля.Таким образом, правило квантования (156) следует из требования, что длина любого замкнутого пути должна быть целым кратным длине волны де Бройля.

Во вращающейся сверхтекучей жидкости квантование потока подразумевает образование вихревых линий, каждая из которых несет квант углового момента ħ , причем квантовое число N является числом вихрей (образование единого вихря, несущего весь угловой момент. не является энергетически благоприятным). Размер ядра вихревой линии примерно порядка длины сверхтекучей когерентности (см. Раздел 8.2.3 для оценок длины когерентности). Однако в некоторых случаях он может быть намного меньше [110, 134], так что длина когерентности является только верхней границей размера ядра вихря. Поэтому при наличии вихрей уравнение (155) следует заменить на

157

k — циркуляция N вихревых линий. Существование квантованных вихрей было продемонстрировано Виненом [415] в 1961 г., однако они не наблюдались намного позже, в 1974 г. в Беркли [423, 432].На масштабах длин, намного превышающих длину сверхтекучей когерентности, конечным размером ядра вихря можно пренебречь, и циркуляция, таким образом, определяется выражением

158

, где δ (2) — двумерная дираковская распределение, а κ α — циркуляция данного вихря α

159

— единичный вектор, направленный вдоль линии вихря. Уравнение (157) формально аналогично закону Ампера в магнитостатике.Импульс p , индуцированный вихревыми линиями, таким образом, дается уравнением Био-Савара, заменяя 1/ c массой м , деленной на 4 π в гауссовых единицах cgs (или заменяя магнитная проницаемость µ 0 массой м в единицах СИ) и электрический ток I на κ ,

160

где интеграл берется по линиям вихря, как показано на рисунке.Аналогия между гидродинамикой и магнитостатикой показывает, в частности, что вихревое кольцо должно двигаться вдоль своей оси симметрии со скоростью, обратно пропорциональной его радиусу.

Импульс p ( r ), индуцированный в позиции r вихревой линией с циркуляцией κ .

Как показал Ткаченко [405, 406], квантованные вихри имеют тенденцию располагаться на правильном треугольном массиве.Такие структуры вихрей наблюдались в сверхтекучем гелии, а в последнее время и в атомных конденсатах Бозе-Эйнштейна. Расстояние между вихрями d υ определяется как

161

, где Ω — угловая частота. На масштабах длины, намного превышающих расстояние между вихрями d υ , в результате наложения структуры потока всех вихревых линий сверхтекучий поток имитирует вращение твердого тела. Поскольку в этом масштабе элемент жидкости пронизан множеством вихревых линий, уместно плавно усреднить уравнения гидродинамики, управляющие потоком сверхтекучей жидкости.В частности, уравнение (157) теперь имеет вид

162

, где n υ — это поверхностная плотность вихрей, заданная (при отсутствии эффектов увлечения)

163

и вектором κ. , норма которого равна ч / м , соответствует средней угловой скорости (обобщение уравнения (163) для учета эффектов увлечения обсуждается в разделе 10.4).

Сверхпроводники II типа и трубки с магнитным потоком

Отметим, что условие (155) для сверхтекучих жидкостей также применимо к сверхпроводникам, таким как протонный сверхпроводник в жидком ядре и, возможно, в мантии «макарон» нейтронных звезд (раздел 3.3). Импульс сверхпроводника определяется выражением p m υ + q A (в этом разделе мы используем единицы СИ), где м, q и υ — это масса, электрический заряд и скорость «сверхпроводящих» частиц соответственно 9 и A вектор электромагнитного потенциала. Вводя плотность сверхпроводящих частиц n и плотность их электрического тока (называемую просто «сверхтоком»), уравнение (155) приводит к уравнению Лондона

164

, где B = V × A — индукция магнитного поля.Согласно правилу квантования Бора-Зоммерфельда (156) уравнение Лондона (164) соответствует N = 0. Ситуации с N > 0 встречаются в сверхпроводниках второго типа. Рассмотрение замкнутого контура вне образца такого сверхпроводника, для которого и интегрирование импульса p вдоль этого контура, приводит к квантованию полного магнитного потока в магнитные трубки Н

165

Эти трубки потока стремятся образуют треугольную решетку, решетку Абрикосова, с шагом

166

При усреднении на масштабах длин, намного превышающих d υ , поверхностная плотность магнитных трубок определяется как

167

Сверхтекучие вихри и трубки магнитного потока в нейтронных звездах

Для сверхтекучих нейтронов в нейтронных звездах сверхтекучие частицы представляют собой пары нейтронов, так что м = 2 м n .Еще в 1964 г. Гинзбург и Киржниц [161, 162] предположили существование квантованных вихревых линий внутри нейтронных звезд. Критическую скорость зарождения вихрей можно приблизительно оценить по формуле V c ħ / м n R , где R — радиус нейтронной звезды. Для R = 10 км, V c ∼ 10 3 фм / с, что на несколько порядков меньше характерных скоростей потоков вещества внутри звезды.Таким образом, внутренность нейтронных звезд пронизана огромным количеством вихрей. Расстояние между вихрями составляет

168

, что намного больше, чем длина когерентности, так что предположение о бесконечно тонких вихревых линиях в уравнении (158) является оправданным. Предполагая, что сверхтекучая нейтронная жидкость равномерно вращается вместе со звездой, плотность вихрей на квадратный километр будет равна n υ ≃ 10 14 / P , где P — период вращения. в секундах.С периодом вращения 33 миллисекунды пульсар, такой как Рак, пронизан массивом из примерно 10 18 вихревых линий (при радиусе 10 км)! Точно так же протонные сверхпроводники (предположительно относящиеся к типу II [41]) в ядре нейтронных звезд (и, возможно, в слоях макаронных изделий; см. Раздел 3.3) пронизаны квантованными трубками магнитного потока, каждая из которых несет магнитное поле порядка 10 15 G. Поверхностная плотность магнитных трубок примерно в 10 13 раз больше плотности нейтронных вихрей.Взаимодействия между нейтронными вихрями и магнитными трубками, вероятно, повлияют на динамическую эволюцию звезды [354, 355].

Динамика сверхтекучих вихрей

В этом разделе мы обсудим нерелятивистскую динамику сверхтекучих вихрей. Обобщение на релятивистскую динамику подробно обсуждалось Картером [71]. Согласно теореме Гельмгольца, вихревые линии заморожены в сверхтекучей жидкости и движутся с той же скоростью, если на них не действует какая-либо сила.Динамика вихревой линии через кору определяется различными типами сил, которые зависят от скоростей υ f , υ υ и 50 c нейтронной сверхтекучей жидкости, вихря и твердой коры соответственно.

  • Сила вязкого сопротивления (не путать с уносом, который является недиссипативным эффектом; см. Раздел 8.3.6) противодействует относительному движению между вихревой линией и коркой, вызывая диссипацию. При достаточно малых относительных скоростях сила на единицу длины вихревой линии может быть записана как

    169

    где — положительный коэффициент сопротивления, который определяется взаимодействиями нейтронной вихревой линии с ядерной решеткой и электронным газом. . Прикрепление вихревой линии к коре является пределом очень сильного сопротивления, в результате чего υ υ = υ c .

  • Относительное движение вихревой линии относительно объемной сверхтекучей жидкости (вызванное сопротивлением или закреплением) приводит к возникновению Магнуса или подъемной силы (аналог силы Лоренца), определяемой по формуле

    170

    , где ρ f — это массовая плотность свободных сверхтекучих нейтронов, а κ — вектор, ориентированный вдоль угловой скорости сверхтекучей жидкости, норма которого равна h /2 м n (см. Carter & Chamel [75] для обобщения на многожидкостные системы).

  • Сила натяжения сопротивляется изгибу вихревой линии и задается формулой

    171

    , где u — двумерный вектор смещения вихревой линии, направленный вдоль оси z . — коэффициент жесткости порядка

    172

    , где κ = h /2 м n , d υ — межвихревой интервал размер ядра вихря [383].

Все силы, рассмотренные выше, даны на единицу длины вихревой линии. Заметим, что даже в самых быстрых миллисекундных пульсарах расстояние между вихрями (в предположении регулярного массива) порядка d υ ∼ 10 −3 -10 −4 см намного больше размера ядро вихря r υ ∼ 10 — 100 фермис. Следовательно, взаимодействием вихря с вихрем можно пренебречь.

Динамическое развитие вихревой линии определяется

173

, где м υ — инерционная масса вихревой линии, а L υ — ее длина.Поскольку плотность свободных нейтронов внутри ядра вихря обычно намного меньше, чем снаружи (если линия не привязана к ядрам) [134, 433, 27], движение вихревой линии сопровождается перестройкой свободных нейтронов. Инерционная масса вихревой линии примерно равна плотности массы нейтронов сверхтекучей жидкости в ρ f умноженной на объем линии, так что.

В масштабе, намного превышающем расстояние между вихрями, сила сопротивления, действующая на каждую вихревую линию, приводит к силе взаимного трения между нейтронной сверхтекучей жидкостью и нормальными составляющими.Предполагая, что вихревые линии являются жесткими и образуют регулярный массив, силу взаимного трения, задаваемую формулой, можно получить из уравнения (173) после умножения на поверхностную плотность n υ . Поскольку инерционный член в левой части уравнения (173) пропорционален ( r υ / d υ ) 2 ≪ 1, им можно пренебречь. Решение уравнения баланса сил дает силу взаимного трения (на единицу объема) [18]

174

, где n υ — поверхностная плотность вихрей в плоскости, перпендикулярной оси вращения, и B — безразмерный параметр, определяемый по формуле

175

. Были задействованы различные диссипативные механизмы, приводящие к возникновению силы взаимного трения: рассеяние электронов / колебаний решетки (фононов) / примесей / дефектов решетки на термически возбужденных нейтронах в ядрах вихрей [141, 189, 222], рассеяние электронов на электрическом поле вокруг вихревой линии [48] и связь между фононами и колебаниями вихревой линии (моды Кельвина) [139, 223].В пределе слабой связи вихри вращаются вместе с объемной сверхтекучей жидкостью (теорема Гельмгольца), а в противоположном пределе они «прикрепляются» к коре. Между этими двумя пределами, в кадре, вращающемся вместе с корой, вихри движутся радиально наружу под углом atan ( ) по отношению к азимутальному направлению. Радиальная составляющая скорости вихря достигает максимума при = 1.

Пиннинг вихря играет центральную роль в теориях глитчей пульсаров.Сила взаимодействия между малым сегментом вихревой линии и ядром остается спорным вопросом [5, 138, 333, 134, 120, 121, 122, 27]. Фактическое «закрепление» вихревой линии (т.е. υ υ = υ c ) зависит не только от взаимодействия вихря с ядром, но и от структура коры, жесткость линий и динамика вихря. Например, если предположить, что кора представляет собой поликристалл, жесткая вихревая линия не будет прикрепляться к коре просто потому, что линия не может изгибаться, чтобы пройти через ядра, независимо от силы взаимодействия вихрей с ядрами! Недавние наблюдения долгопериодической прецессии в PSR 1828-11 [387], PSR B1642-03 [371] и RX J0720.4−3125 [180] предполагают, что, по крайней мере, в этих нейтронных звездах нейтронные вихри не могут быть прикреплены к коре и должны быть очень слабо увлечены [372, 266].

Подчеркнем, что различные силы, действующие на вихрь, изменяются вдоль вихревой линии. Как следствие, вихревые линии могут быть не прямыми [198]. Степень искажения линий зависит от динамики вихря. В частности, Гринштейн [175] давным-давно предположил, что вихревые линии могут закручиваться и закручиваться вокруг оси вращения, вызывая турбулентное течение.Недавно к этому вопросу обратились несколько групп [323, 324, 288, 19]. В таком турбулентном режиме сила взаимного трения принимает вид [173]

176

где — безразмерный температурно-зависимый коэффициент, предполагающий плотный случайный клубок вихревых линий.

Сверхтекучая гидродинамика и увлечение

Одним из поразительных последствий сверхтекучести является учет нескольких отдельных динамических компонентов. В 1938 году Тиса [404] представил двухжидкостную модель, чтобы объяснить свойства недавно открытой сверхтекучей фазы жидкого гелия-4, которая ведет себя либо как жидкость без вязкости в одних экспериментах, либо как классическая жидкость в других. эксперименты.Руководствуясь идеей Фрица Лондона о том, что сверхтекучесть тесно связана с конденсацией Бозе-Эйнштейна (которая сейчас широко принята), Тиса предположил, что жидкий гелий представляет собой смесь двух компонентов: сверхтекучего компонента, который не имеет вязкости, и нормального компонента, который является вязким и проводит тепло, таким образом неся всю энтропию жидкости. Эти две жидкости могут течь с разными скоростями. Эта модель была впоследствии развита Ландау [247, 246] и обоснована на микроскопической основе рядом авторов, особенно Фейнманом [144].Удивительно, но Ландау ни разу не упомянул конденсацию Бозе-Эйнштейна в своей работе по сверхтекучести. Согласно Питаевскому (которое недавно цитировал Балибар [33]), Ландау мог рассуждать, что сверхтекучесть и сверхпроводимость были похожими явлениями (что действительно верно), ошибочно заключая, что они не могут зависеть от статистики Бозе или Ферми (см. Также обсуждение Фейнмана в разделе 11.2 его книги [144]).

В двухжидкостной модели Ландау нормальная часть с плотностью частиц n N и скоростью υ N отождествляется с коллективными движениями системы или «квазичастицами». (см. раздел 8.3.1). Вязкость нормальной жидкости учитывается в терминах взаимодействий между этими квазичастицами (см., Например, книгу Халатникова [236], опубликованную в 1989 году как перепечатку оригинального издания 1965 года). Следуя традиционным обозначениям, сверхтекучая компонента с плотностью частиц n S и «скоростью» υ S является локально безвихревой, за исключением особых точек (см. Обсуждение в разделе 8.3.2)

177

Как неоднократно указывал Брэндон Картер, в отличие от υ N «сверхтекучая скорость» не является истинной скоростью, а определяется с по

178

178

где p — истинный импульс на частицу сверхтекучей жидкости, а m — масса атома гелия. Хотя фундаментальное различие между скоростями и их каноническими сопряженными элементами, а именно импульсами, глубоко укоренилось в лагранжевой и гамильтоновой формулировках классической механики, в контексте сверхтекучести традиционно было неясно.Отметим также, что сверхтекучая плотность n S не совпадает ни с плотностью n атомов гелия (кроме T = 0), ни с плотностью n Ψ атомов в конденсате 10 . Плотность атомов гелия дается формулой

179

Путаница между скоростью и импульсом вводит в заблуждение и делает излишне трудным обобщение двухжидкостной модели на многожидкостные системы (например, внутренности нейтронных звезд).Следуя подходу Картера (см. Раздел 10), двухжидкостная модель может быть переформулирована в терминах реальной скорости υ атомов гелия вместо сверхтекучей «скорости» υ S . Нормальная жидкость со скоростью υ N затем связана с потоком энтропии, а соответствующая числовая плотность задается плотностью энтропии. При низких температурах отвод тепла происходит за счет испускания фононов и ротонов.Как обсуждалось в разделе 8.3.1, эти квазичастичные возбуждения представляют собой коллективные движения атомов без суммарного переноса массы (см., В частности, рисунки и). Следовательно, нормальная жидкость не несет никакой массы, то есть связанная с ней масса равна нулю.

Следуя общим принципам, рассмотренным в разделе 10, импульс p сверхтекучих атомов гелия можно записать как

180

Обратите внимание, что импульс p атомов гелия не просто равен m υ из-за рассеяния атомов на квазичастицах.В системе покоя нормальной жидкости, в которой υ N = 0, импульс и скорость сверхтекучей жидкости совмещены. Однако коэффициент пропорциональности — это не (голая) атомная масса гелия м , а эффективная масса м . Эта эффективная масса м связана с гидродинамикой сверхтекучей жидкости, и ее не следует путать с определениями, используемыми в микроскопических теориях многих тел. Прежде чем идти дальше, отметим, что в системе покоя импульса нормальной компоненты выполняется соотношение p = m υ ! Это легко показать из уравнения (230), используя тождество (234) и помня, что нормальная жидкость не имеет массы.

Сравнение уравнений (180) и (178) показывает, что «сверхтекучая скорость» в исходной двухжидкостной модели Ландау не равна скорости атомов гелия, а представляет собой линейную комбинацию обеих скоростей υ и υ N

181

Ток атомов гелия определяется суммой нормального и сверхтекучего токов

182

Подставляя уравнение (181) в уравнение (182), получаем

183

, что явно удовлетворяет n = n S + n N .Сверхтекучая и нормальная плотности могут быть непосредственно измерены в эксперименте Андроникашвили [21]. Пакет дисков, погруженный в сверхтекучую среду, может совершать крутильные колебания вокруг своей оси. Из-за вязкости нормальный компонент увлекается движением дисков, а сверхтекучая часть остается в покое. Таким образом, нормальная и сверхтекучая плотности могут быть получены при любой температуре путем измерения частоты колебаний дисков. Поскольку n S ( T ) / n = м / м ( T ), динамическая эффективная масса м ( T ) можно определить экспериментально.В частности, она равна голой массе при T = 0, м ( T = 0) = м и увеличивается при повышении температуры, расходясь в критической точке, когда исчезает сверхтекучесть. Следовательно, при любой температуре T > 0 динамическая эффективная масса атома гелия на больше, чем чистая масса.

Эффекты увлечения, при которых импульс и скорость не совпадают, существуют в любых смесях жидкостей из-за микроскопических взаимодействий между частицами.Но они обычно не наблюдаются в обычных жидкостях из-за вязкости, которая стремится уравнять скорости. Даже в сверхтекучих жидкостях, таких как жидкий гелий II, эффекты уноса могут быть затруднены при конечной температуре 11 из-за диссипативных процессов. Например, когда сверхтекучая жидкость помещается во вращающийся контейнер, присутствие квантованных вихрей вызывает силу взаимного трения между нормальной и сверхтекучей компонентами (как описано в разделе 8.3.5). Как следствие, в стационарном пределе скорости двух жидкостей становятся равными.Подстановка υ = υ N в уравнении (180) означает, что p = m υ , как и в отсутствие увлечения.

Эффекты увлечения в нейтронных звездах

Через несколько лет после основополагающей работы Андреева и Башкина [20] о сверхтекучих смесях 3 He — 4 He стало понятно, что эффекты увлечения могут играть важную роль в динамике. эволюция нейтронных звезд (см., например, [363] и ссылки в ней).Например, эти эффекты очень важны для изучения колебаний ядер нейтронных звезд, состоящих из сверхтекучих нейтронов и сверхпроводящих протонов [14]. Взаимное увлечение не только влияет на частоты мод, но, что более удивительно, (помня, что увлечение — это недиссипативный эффект) также влияет на их затухание. Действительно, эффекты увлечения вызывают поток протонов вокруг каждой сверхтекучей вихревой линии нейтронов. В результате каждая линия вихря несет огромное магнитное поле ∼ 10 14 Гс [8].Рассеяние электронов на этих магнитных полях приводит к возникновению силы взаимного трения между нейтронной сверхтекучей жидкостью и заряженными частицами (см. [18] и ссылки в ней). Этот механизм, который считается основным источником диссипации в ядре нейтронной звезды, также может работать в нижних слоях коры, где некоторые протоны могут быть несвязанными и сверхпроводящими (как обсуждалось в разделе 3.3).

Недавно было отмечено, что эффекты увлечения также важны во внутренней коре нейтронных звезд, где свободные нейтроны сосуществуют с решеткой ядерных кластеров [79, 78].В физике твердого тела хорошо известно, что свободные электроны в обычных металлах движутся так, как если бы их масса была заменена динамической эффективной массой (обычно называемой в литературе оптической массой) из-за брэгговского рассеяния на кристаллической решетке (см. Например, книга Киттеля [241]). Конечный результат состоит в том, что в системе покоя твердого тела импульс электрона определяется выражением

184

, где υ e — скорость электрона.Это означает, что в произвольной системе отсчета, где твердое тело (ионная решетка) движется со скоростью υ I , импульс электрона не совпадает со скоростью электрона, а задается формулой

185

, которая аналогично уравнению (180) для импульса сверхтекучего гелия II. Концепция динамической эффективной массы была введена в контексте экспериментов по дифракции нейтронов десять лет назад [434] и только недавно была распространена на внутреннюю кору нейтронных звезд Картером, Чамелем и Хензелем [79, 78].В то время как динамическая эффективная масса электрона в обычных металлических элементах умеренно отличается от голой массы (см., Например, [204]), Чамел [90] показал, что динамическая эффективная масса свободных нейтронов в коре нейтронной звезды может быть очень большой, . Эти эффекты увлечения сильно влияют на динамику свободных нейтронов, которые необходимо должным образом учитывать (см. Раздел 10). Такие эффекты важны для моделирования различных наблюдаемых явлений нейтронных звезд, таких как глитчи пульсаров (см. Раздел 12.4) или осцилляции нейтронной звезды (см. Разделы 12.5 и 12.6).

Удельный вес гальки 5 20. Насыпной вес щебня

Щебень — материал, получаемый при дроблении горных пород. В процессе производства он проходит через специальные измельчители, чтобы сформировать фракцию определенного калибра. Чаще всего в строительстве используется фракция 20-40 мм. Применяется как для приготовления бетонных смесей, так и при производстве дорожных покрытий.

Для соответствия ГОСТ существуют следующие требования:

1.Сила. Показатель твердости породы, от которого зависит величина нагрузки на поверхность.

2. Лесть. Параметр для определения формы обрабатываемой фракции. Чем больше партия камней плоской округлой формы, тем ниже ее класс.

3. Морозостойкость. Индикатор количества циклов замораживания и оттаивания. Обозначается буквой — Ф и имеет среднее значение 150-350.

4. Радиоактивность. Степень радиации радиационного фона.Он делится на 3 класса: третий — используется только в дорожном строительстве, первый — для строительства жилых домов.

5. Плотность. Один из основных показателей, определяющий массу в кубометре.

Плотность и расчет

Плотность щебня — одна из основных качественных характеристик, наряду с загрязненностью и формой фракции. Данные влияют на окончательную цену товара. От этого параметра зависит твердость будущего бетона и общий расход.Отмеряйте его в емкостях объемом 50 литров, в которые наливают материал с высоты 1 м. Емкости, заполненные до краев, взвешивают; вес нетто удален из этой цифры. Полученные данные — это плотность кладки щебня.

Следует отметить, что такие показатели являются приблизительными и имеют некоторую погрешность. Точная информация получается лабораторным методом, где все добавки отсеиваются и полностью высушиваются.

Определение веса необходимо в трех случаях:

1.Расчет объема для дальнейшего хранения.

2. Общая масса щебня при транспортировке.

3. Рассчитать количество цемента при производстве бетонной смеси.


Типы и характеристики

В зависимости от породы, из которой добывается щебень, различаются технические характеристики:

1. Известняк. Осадочная порода с высоким содержанием кварца и оксида железа. По техническим характеристикам уступает щебню, но имеет меньшую цену.Плотность щебня 20-40 составляет 1280 кг на кубометр. Основная область применения известнякового материала — устройство насыпей, тротуаров.

2. Гравий. Самый низкий уровень радиоактивного фона и минимальное количество примесей. Образован естественным расколом скал. Он намного дешевле конкурентов за счет отсутствия фактора его обработки. Заводы проводят только скрининг и калибровку. 1 кубометр весит около 1500 кг.

3. Гранит.Агрегатный материал, образовавшийся в результате затвердевания вулканической лавы. Обладает самыми высокими качественными характеристиками среди конкурентов. Низкое излучение при высокой морозостойкости позволяет использовать его для строительства жилых домов, а благодаря цветовой гамме используется в ландшафтном дизайне. Плотность гранитного щебня 20-40 колеблется от 1370 до 1400 кг на кубический метр.


4. Среднее. Этот вид получают путем переработки и измельчения строительных отходов.Это может быть старый асфальт или потрескавшийся кирпич. Его цена намного ниже, как и технические характеристики. В основном используется в частном секторе, при строительстве малоэтажных домов. Насыпная плотность фракций 20-40 может варьироваться в зависимости от материалов изготовления. Чаще этот параметр составляет от 1100 до 1300 кг на кубический метр.

5. Керамзит. Его получают путем обжига и быстрого охлаждения красной глины, поэтому определение гравия для него не совсем подходит. Отличительная черта — легкость.Фракция 20-40 имеет плотность 350-500 кг на кубический метр. Но благодаря этому показателю его часто используют при изготовлении блоков. Небольшой вес и пористость делают керамзит малопрочным, но могут значительно облегчить бетонную смесь.

Каждый объект строительства имеет определенные стандарты, а материалы для создания бетонных смесей должны соответствовать указанным стандартам.

Щебень — это сыпучий неорганический строительный материал, получаемый путем дробления природного камня или твердых строительных материалов.Щебень принято называть первичным. Для его изготовления используется галька, валуны, пемза, гранит и другие натуральные камни. Щебень, полученный из строительных отходов, называется вторичным. Для его получения куски бетона, асфальта или кирпича обрабатывают дроблением.

Щебень первичный получают путем просеивания горных пород, добытых в карьерах. Вторичный щебень получают с помощью механических дробилок, в приемный бункер которых загружаются куски бетона, асфальта или колотого кирпича.

У обоих типов гравия есть свойство, которое очень полезно для строительства. Они отлично прикрепляются к поверхностям, покрытым цементным раствором. Это свойство их активно используется в строительстве, в том числе автомобильных и железных дорог.

Щебень сорта

Качество щебня определяется несколькими параметрами. Это плотность, лещадность (форма фракции), морозостойкость, прочность и радиоактивность. Этих критериев оценки качества вполне достаточно, чтобы определить целесообразность его использования на конкретной строительной площадке.

Плотность

Важнейшим параметром для определения качества щебня является плотность. Именно от плотности зависит прочность будущего покрытия или конструкции здания. Плотность щебня определяется соотношением массы к объему. Его принято измерять в тоннах или килограммах на кубический метр. Для более точной оценки плотности она измеряется в двух вариантах. Первый — это общая (насыпная) плотность, которая учитывает воздушное пространство между кусками сухого гравия.Второй вариант — истинная плотность, которая измеряется без учета пустого места в измеряемой емкости. Для этого щебень в лаборатории дополнительно измельчают до полного устранения пористости массы. Такой анализ делается для получения максимально точного результата для ответственных инженерных расчетов. На практике параметр насыпной плотности используется гораздо чаще. Именно эта единица измерения используется при производстве щебеночно-цементных смесей.

Плотность щебня можно измерить разными способами. Чаще всего это делается с помощью мерных емкостей или столов. В качестве мерной емкости используется сосуд цилиндрической формы вместимостью от пяти до пятидесяти литров. Он заполнен щебнем с горкой. Затем слайд убирают, чтобы ни одна крошка не поднялась над краем сосуда. После этого сосуд с щебнем взвешивают и из полученного результата снимают вес пустого сосуда. Вес нетто щебня делится на объем емкости и получается реальный показатель плотности этой партии щебня.

Такое измерение можно выразить формулой: Рн = (m2 — m1): V, где m1 — масса пустого сосуда; m2 — его масса с щебнем, V — его внутренний объем.

Измерение плотности щебня производится в соответствии с требованиями ГОСТ. Допускается использование сосудов строго определенной формы и размера. Для измерения плотности щебня разных фракций используются только соответствующие мерные емкости. При заливке щебня в емкость запрещается утрамбовывать материал, иначе замер не будет соответствовать реальной плотности данной партии щебня.Общая плотность щебня всегда выше насыпной, и это понятно. Оба этих измерения указаны в сопроводительных документах. Аналогичным образом измеряется плотность любых сыпучих строительных материалов.

Допускается измерение плотности щебня по специальным таблицам. В этом случае погрешность измерения составит около одного процента. То есть такая погрешность не критична при проектировании дорожной одежды или строительных конструкций. В таблицах представлены результаты измерений плотности различных видов щебня, полученные ранее в лабораторных условиях.Используя коэффициент пересчета и данные таблицы, легко определить плотность конкретной партии щебня.

Для строителей важным показателем является насыпная плотность щебня. Прочность конструкции или проезжей части будет зависеть от ее размеров. Кроме того, показатель насыпной плотности позволяет учесть плотность вещества, которым будут заполнены пустоты между кусками щебня. Плотность вещества в любом случае будет ниже плотности щебня, даже если это сухой песок.Таким образом инженеры могут рассчитать реальную прочность строительных или дорожных элементов. Кроме того, знание реального значения насыпной плотности щебня позволяет получить некоторую экономию. Например, при большой насыпной плотности щебня скорость расхода цемента на производство смеси может быть значительно снижена. Этот показатель также важен для оптимальной организации перевозки щебня и выбора этого наиболее экономичного транспортного средства.

Насыпная плотность

Для перевода массы щебня в объем и наоборот используется такая единица измерения, как коэффициент насыпной плотности.Эту единицу измерения иногда называют коэффициентом преобразования или коэффициентом сжатия. Этот коэффициент стоит обсудить более подробно на примерах. Когда щебень доставляется на строительную площадку, он всегда уплотняется по пути из-за тряски. То есть кузов самосвала был загружен на заводе на полную мощность, а машина прибывает на стройку с недогруженным кузовом. Если хищения не было, то масса завалов от погремушки не изменилась. Определите это и позволяет коэффициент конверсии.Для каждого вида щебня он свой. Грузополучатель знает объем кузова самосвала и легко измеряет объем щебня в нем. Умножив его на коэффициент передачи, получатель определит значение реального веса доставленного материала. Так происходит расход щебня.

Коэффициент преобразования не постоянный, для каждого типа сыпучего материала он разный. Его абсолютная величина зависит от плотности материала, в нашем случае это щебень.Таким образом, вес одного кубометра гранитной крошки составляет 2,6 тонны, а такой же объем известняковой крошки будет весить от 2,7 до 2,9 тонны. Известняк тяжелее гранита из-за наличия в его структуре доломитов и кварца. Понятно, что при равном весе двух марок такого щебня их объем будет существенно отличаться.

Истинная и насыпная плотность щебня будут говорить о разнице объемов при одинаковой массе. Например, истинная плотность гранитного щебня фракцией 5-20 миллиметров составляет 2590 кг / м3, а насыпная плотность для такого же объема гранитного щебня составляет всего 1320 кг / м³.Знание этих значений позволяет точно рассчитать необходимое количество щебня, песка и цемента для изготовления конкретного строительного изделия или элемента конструкции.

Фракция и крепость

Также важными для указания качества щебня считаются такие параметры, как фракция и прочность. Фракция, другими словами размер щебня может быть стандартным, нестандартным и европейским. Щебень стандартной фракции имеет размеры 5-10, 10-20, 5-20 миллиметров, а не стандартной фракции 10-15 и более 15-20 миллиметров.Европейский щебень имеет размеры от 3 до 5 миллиметров. Прочность щебня может быть обыкновенной — 800-1200 М; высокий — М 1400-1600; средний — М 600-800; слабая — М 300-600 и минимальная — М 200.

Насыпная плотность щебня. ГОСТ 9758

Тип щебня Фракция, мм Насыпная плотность, кг / м3 Марка
Гранит 20-40 1370-1400 M110
40-70 1380-1400 M110
70–250 1400 M110
Известняк 10-20 1250 M110
20-40 1280 M110
40-70 1330 M110
Гравий 0-5 1600 M110
5-20 1430 M110
40-100 1650 M110
Более 160 1730 M110
Шлак 800 M800
Керамзит 20-40 210-340 М200, М300
10-20 220-440 М200, М300, М350, М400
5-10 270-450 M250, M300, M350, M450
Вторичный 1200-3000 M110

Эти фракции часто используются при приготовлении бетонных растворов в качестве наполнителя.Проведение строительных работ предполагает точный расчет всех нагрузок на возводимую конструкцию, а также веса материала в зависимости от его объема, поскольку щебень часто используется не по назначению (устройство «подушек», подсыпки, т. производство асфальтобетона и т. д.), а сам является нагрузкой на основание, в том числе на грунт. Он бывает разных видов, но более широко используются продукты, полученные в результате обработки горных пород.

Именно такое сырье обеспечивает максимальную прочность конечного продукта, поэтому мы поговорим о насыпной плотности щебня из гранита.Этот показатель равен частному от деления числового значения массы вещества на занимаемый им объем. Эта характеристика используется как для определения доли компонентов в готовой смеси, так и для весовых параметров конечного продукта.

Необходимо понимать, что это касается только материала, который не подвергался уплотнению.

В строительстве существует несколько показателей плотности щебня — истинный, усредненный и насыпной, о которых и идет речь.Он, в отличие от двух предыдущих, учитывает не только объем всех гранул, но и пустоты между ними. Естественно, после утрамбовки материала этот показатель увеличивается.

Кроме того, существует обратная зависимость между этой характеристикой и размером фракций. Чем они больше, тем больше воздушных пустот в объеме материала, это указывается в. Поэтому, например, показатель насыпной плотности щебня 10 20 будет выше, чем аналогичная характеристика материала с крупными гранулами. 40 — 70.

На практике руководствуются табличными значениями насыпной плотности. Такие значения рассчитываются для всех сыпучих материалов. Для гранитного щебня можно использовать следующие числовые показатели (размер фракции — плотность в кг / м3):

  • (5-10) — 1 420;
  • (5-20) — 1 400;
  • (20-40) — 1380;
  • (40 — 70) — 1 350.


Желательно предоставить данные о весе для некоторых других видов продукции (кг / м3):

  • известняк — 1300;
  • гравий — 1400.

Зная, например, насыпную плотность щебня 5 20 (наиболее часто используемый вид материала в частном домостроении) позволяет правильно определить возможности его транспортировки. Ведь стоимость товара при так называемом «самовывозе» намного ниже, чем при доставке на объект продающей организацией, так как транспортные расходы не учитываются. Поэтому, ориентируясь на эту характеристику щебня, можно правильно спланировать рабочий процесс: рассчитать необходимое количество грузовых автомобилей (если один, то количество рейсов), общий срок доставки всей купленной партии здания. материал к месту работы.


Естественно возникает вопрос — как определить, например, плотность щебня 20 40, который покупается? Ведь все «цифры» в голове держать нельзя. На любой товар у Продавца должен быть сертификат качества. В нем отражается не только эта, но и все остальные характеристики товара.

При определении с какими размерами фракций выгоднее приобретать щебень, необходимо учитывать такие моменты.

Во-первых, чем крупнее гранулы, тем сложнее перемешать раствор, и это снизит качество конечного продукта (в основном, прочность при заливке). Например, плотность щебня 40 на 70 ниже, чем у аналогов, следовательно, нагрузка на основание уменьшится. Но работать с раствором на его основе намного сложнее (сделать «замес», протянуть опалубку).

Во-вторых, чем выше показатель плотности, тем меньше цемента требуется для приготовления смеси.Учитывая его стоимость, можно получить значительную экономию.

.