Особо тяжелыми называют бетоны с объемным весом более 2,5 т/м3, приготовляемые на тяжелых естественных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, барит, металлический скрап и дробь, обрезки арматуры). Гидратными называются бетоны с большим содержанием химически связанной или полусвязанной воды. Носителями связанной воды в этих бетонах являются вяжущие (портландцемент, гипсоглиноземистый, глиноземистый и магнезиальный цементы), заполнители (лимонит, гематит, серпентинит), специальные добавки, содержащие легкие элементы (водород, литий, гелий, кадмий) или боросодержащие вещества.
Указанные бетоны, предназначаемые для защитных ограждений от радиоактивных излучений, не должны вспучиваться, коробиться и трескаться под действием высокой температуры и радиации, т. е. противостоять им без опасного снижения прочности и обеспечивать длительную эксплуатацию без ухудшения своих свойств.
Для защитных ограждений от одновременного воздействия гамма- и нейтронного излучения следует применять бетоны на тяжелых заполнителях (магнетите, чугунных дроби или скрапе) и таких, в состав которых входит большое количество связанной или полусвязанной воды.
В целях улучшения защитных свойств от нейтронного излучения в эти бетоны вводят карбид бора, хлористый литий или боросодержащие вещества (например, двуводный борат кальция).
При повышенных температурах эксплуатации наряду с понижением сопротивления бетона сжатию ухудшаются сопротивление растяжению при изгибе, сцепление с арматурой, модуль упругости и уменьшается коэффициент линейного расширения, имеющий большое значение в образовании напряженного состояния при воздействии температуры. Кроме того, снижается коэффициент теплопроводности, учитываемый при расчете температурного поля и напряжений в защитном ограждении.
При повышенных температурах эксплуатации наряду с понижением сопротивления бетона сжатию ухудшаются сопротивление растяжению при изгибе, сцепление с арматурой, модуль упругости и уменьшается коэффициент линейного расширения, имеющий большое значение в образовании напряженного состояния при воздействии температуры. Кроме того, снижается коэффициент теплопроводности, учитываемый при расчете температурного поля и напряжений в защитном ограждении.
Вяжущими веществами в таких бетонах служат портландцемент и шлакопортландцемент (последний в том случае, когда не требуется быстрого роста прочности при естественном твердении бетона). Пуццолановый портландцемент допустим только для подземных сооружений, конструкций, находящихся в условиях повышенной и постоянной влажности при отсутствии высоких температур и для мелких блоков и изделий, изготовляемых на заводах с автоклавной обработкой или пропаривапием, также работающих в среде с повышенной влажностью при нормальных температурах.
Для увеличения содержания связанной воды в гидратных бетонах можно применять глиноземистые, расширяющиеся или безусадочные цементы. В целях улучшения защитных свойств тяжелых и особенно гидратных бетонов в них вводят добавки, повышающие содержание водород содержащих веществ, или такие, которые содержат элементы с небольшим атомным весом (например, соли лития, бора). Заполнителями, помимо указанных выше, могут быть щебень, гравий и песок.
Пределы прочности и модули упругости магнетитовых, лимони-товых и баритовых бетонов в кГ1см2, по исследованиям проф. А. Е. Десова (НИИЖБ). Коэффициенты линейного расширения специальных бетонов при охлаждении и нагревании в пределах от 0 до 200° принимаются следующие: для лимонитового бетона 0,76 Ю~5, для комбинированных бетонов с лимонитовыми или гематитовыми заполнителями 0,63-10~5 (у обычного бетона он равен 1 10~5).
Специальные тяжелые бетоны, подвергающиеся воздействию емператур до 250°, должны иметь показатель плотности (отношение суммы абсолютных объемов цемента, заполнителей и связанной воды в бетоне к объему единицы бетона) не менее 0,9. Во влажных условиях неплотный бетон с металлическим скрапом подвержен коррозии, нарушающей его целостность, что ослабляет защитные свойства бетона.
Защитные свойства гидратных бетонов, особенно против нейтронов с низкой энергией, в большой степени зависят от содержания в бетонах воды. Значительная часть ее испаряется при эксплуатации бетона и особенно интенсивно —при повышенных температурах. Для предохранения от испарения воды ограждения, работающие при температурах до 60°, рекомендуется покрывать перхлор-БИНИЛОВЫМИ смолами, а при более высоких температурах следует при бетонировании применять металлическую опалубку, оставляемую на все время эксплуатации.
Наибольшая усадка в первые сутки у баритового бетона (от 500 до 1100 ж/с/ж), наименьшая — у лимонитового (100—200 ж/с/ж), вероятно за счет накопленной в заполнителе влаги, а полная усадка этих бетонов соответственно 1450 и 700 мк/м.
Сопротивление .истиранию у баритовых бетонов такое же, что и у обычного бетона, а у лимонитовых (за исключением с чугунным скрапом) меньше. При нагревании образцов до 100° наибольшую потерю в весе имеют лимонитовые бетоны и наименьшую — бетоны на чугунном скрапе, а комбинированные составы (на лимонитовом песке с магнетитом, баритом, гранитным щебнем) занимают промежуточное между ними положение.
Запрещается применять баритовые бетоны в сооружениях, находящихся в проточной воде. Морозостойкость бетонов на специальных заполнителях ниже, чем у обычного бетона; особенно низка она у бетонов на чугунном скрапе, лимонитовом песке и баритовых.
Время перемешивания в существующих бетоносмесителях Должно быть не менее 2 мин и устанавливают его опытным путем. Для предупреждения от поломок бетономешалки надо уменьшить объем замеса обратно пропорционально объемному весу перемешиваемой смеси. Например, принимая объемный вес обычного бетона 2,3 г/ж3 и тяжелого 4 г/ж3, номинальный объем замеса бетоносмесителя емкостью 500 л не должен превышать (500x2,3) :4 = = 287 л.
Транспортировать бетонную смесь во избежание расслаивания редует бадьями с открывающимся дном. Подавать смесь к месту Укладки можно по хоботам или виброхоботам с обязательным заполнением ею всего сечения трубы. В целях повышения вязкости бетонной смеси и уменьшения ее
Расслаиваемости вместо обычных песков рекомендуется применять лимонитовые, обладающие в 10—15 раз большей вязкостью; возможно введение в обычные растворы (до 1 % от веса песка) бетонитовой глины. Однако при этом затрудняется плотная укладка бетона, для облегчения которой (при Ок=2—4 см) целесообразно применять пластифицированные цементы или пластифицирующие добавки (омыленный древесный пек, абиетат натрия, ССБ).
Смеси на тяжелых заполнителях (за исключением лимонитового раствора как весьма вязкого) целесообразно укладывать раздельно нагнетанием цементного раствора в заранее засыпанный в опалубку крупный заполнитель.
