Бетон

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ Бетоном называют искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, которая состоит из вяжущего вещества, воды и заполнителей песка и щебня или гравия. Смесь этих материалов до затвердевания называют бетонной смесью. Зерна песка и щебня составляют каменную основу бетона. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня,
заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность текучесть бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называют железобетоном. Бетон как строительный материал применяли еще в глубокой древности. С течением времени использование его в строительстве почти прекратилось, и только с
XIX столетия после изобретения новых гидравлических вяжущих, в первую очередь портландцемента, бетон снова стали широко применять для строительства различных инженерных сооружений. Начиная с 60-х годов XIX в после усовершенствования технологии и повышения марочной прочности цемента, он становится основным вяжущим для бетона и железобетона. Русские ученые уже с конца XIX в. уделяли большое внимание созданию плотного бетона и правильному расчету
его состава. Крупный вклад в науку о бетоне внесли военные инженеры, были изложены результаты исследований зависимости прочности бетона от содержания воды, уплотнения бетонной смеси, крупности песка и щебня или гравия. Заслугой советских ученых является создание способов производства зимних бетонных работ и широкое внедрение их в практику. Крупные успехи имеются также в создании легкого, кислотоупорного и жароупорного бетонов. Технология легких бетонов, разработанная Н. А. Поповым, в настоящее время получила широкое развитие. Все более широко применяют пенобетон и газобетон, обладающие малыми объемной массой и теплопроводностью. Получать бетонную смесь и бетон высокого качества можно только при глубоком знании технологии, умении выбирать материалы необходимого качества и устанавливать их оптимальное соотношение, изыскивать режимы приготовления бетонной смеси, методы ее укладки, уплотнения и условий твердения, обеспечивающие получение
бетонных конструкций высоких прочности и долговечности. Бетон один из важнейших строительных материалов, применяемый во всех областях современного строительства. Разнообразием свойств бетона, получаемых путем использования соответствующего качества вяжущих и каменных материалов и применения специальных методов механической и физико-химической обработки легкостью механической обработки бетонной смеси, обладающей пластичностью и позволяющей без значительных затрат труда изготовлять
самые разнообразные по форме и размерам долговечные строительные конструкции возможностью полной механизации бетонных работ экономичностью бетона 80 90 его объема составляют заполнители из местных каменных материалов. Классификация бетонов. Классифицируют бетоны по следующим главнейшим признакам объемной массе, виду вяжущего вещества, крупности заполнителя, прочности, морозостойкости и назначению. Основной считается классификация по объемной массе.
Бетон делят на особотяжелый объемной массой более 2500 кгм3, тяжелый- 1800 2500 кгм3, легкий 500 1800 кгм3, особолегкий менее 500 кгм3. По виду вяжущего вещества различают бетоны цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах портландцементах и его разновидностях силикатные на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатпыми компонентами гипсовые с применением гипсоангидритовых вяжущих бетоны на органических вяжущих материалах. Тяжелый бетон изготовляют на цементе и обычных плотных заполнителях, а легкий на цементе и естественных или искусственных пористых заполнителях. Разновидностью легкого бетона является ячеистый бетон, представляющий собой затвердевшую смесь вяжущего вещества, воды, тонкоднсперспого кремнеземистого компонента и порообразователя. Этот бетон отличается высокой пористостью до 80 90 при равномерном распределении мелких пор.
Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим тверде- нием сформованных изделий в автоклаве при давлении 0,9 1,6 МПа и температуре 174,5 200 С. В зависимости от наибольшей крупности применяемых заполнителей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем размером 10 150 мм. Важнейшие показатели качества бетона его прочность и долговечность.
По показателям прочности при сжатии бетоны разделяют на марки. Тяжелые бетоны на цементах и обычных плотных заполнителях имеют марки 100 600, особотяжелые бетоны 100 200, легкие бетоны на пористых заполнителях 25 300, ячеистые бетоны 25 200, плотные силикатные бетоны 100 400 и жаростойкие бетоны 400. Долговечность бетонов оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю их разделяют на марки морозостойкости для тяжелых бетонов
Мрз 50 Мрз 300 и для легких, бетонов Мрз. 10 Мрз.200. По назначению бетон бывает следующих видов обычный для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений колонны, балки, плиты гидротехнический для плотин, шлюзов, облицовки каналов и др. для зданий и легких перекрытий для полов, дорожных покрытий и оснований специального назначения кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты, который изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокой плотности. Основные требования. Бетон должен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам ее укладки. Прочность бетона. В конструкциях зданий и сооружений бетон может работать в различных
условиях, испытывая сжатие, растяжение, изгиб и др. Тяжелый бетон, применяемый в промышленном, жилищном и гражданском строительстве, оценивают пределом прочности при сжатии и пределом прочности на растяжение при изгибе, являющимися основной характеристикой механических свойств бетона. Предел прочности бетона при сжатии и растяжении при изгибе вычисляют с точностью до 0,1 МПа как среднее арифметическое пределов прочности трех образцов одной серии.
Если наименьший результат испытания одного из трех образцов отличается более чем на 20 от следующего большего показателя, то значение предела прочности устанавливают по двум наибольшим результатам. Отклонения от заданной проектной прочности допускаются только в сторону увеличения, но не более чем на 15. Излишнее увеличение прочности бетона влечет за собой перерасход цемента и, следовательно, удорожание бетона. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества
заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основные факторы, влияющие на прочность бетона, активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси. Наряду с приведенными выше факторами активность и качество цемента, водоцементное отношение и качество заполнителей на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока прочность их больше проектируемой марки бетона. Применение заполнителей с прочностью ниже требуемой марка бетона может значительно снизить прочность бетона. Для повышения прочности бетона в этом случае потребуется увеличение расхода цемента.
Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона бетон, приготовленный на щебне, при прочих равных условиях имеет прочность большую, чем бетон на гравии. На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Жесткие бетонные смеси с низким содержанием воды обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные. Прочность тяжелого бетона при благоприятных температуре и влажности непрерывно повышается.
В первые 7 14 суток прочность бетона растет быстро, затем рост прочности к 28 суток замедляется и постепенно затухает. Во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые способны выдерживать образцы 28-суточного возраста без снижения предела прочности при сжатии более чем на 25 и без потери массы более чем на 5,
В ГОСТе на тяжелый бетон, в том числе и на гидротехнический, по морозостойкости установлены пять марок Мрз 50, Мрз 100 Мрз 150, Мрз 200 и Мрз 300. Марку бетона по морозостойкости выбирают в зависимости от климатических условий, числа перемен уровня воды на омываемой поверхности бетона или числа смен замораживания и оттаивания за зимний период. Морозостойкими оказываются, как правило, бетоны высокой плотности. Не менее важную роль в морозостойкости бетона играет морозостойкость заполнителей марка их по морозостойкости должна быть не ниже этого показателя для бетона. Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких заполнителей, уменьшения водоцементного отношения, применения гидрофобных и гидрофильных пластифицирующих добавок, а также портландцемента высоких марок или глиноземистого цемента, которые при твердении связывают значительное количество воды затворения, образуя более плотный цементный камень. В процессе твердения происходят объемные изменения – усадка и расширение бетона.
Размер усадки бетона на портландцементе зависит от минералогического состава и тонкости помола цемента усадка возрастает с увеличением топкости помола. Для понижения усадки бетона, особенно при возведении массивных сооружений, следует применять белитовые цементы или цементы более низких марок, избегать жирных бетонных смесей, уменьшать количество воды затворения, применять крупные заполнители из плотных пород рационального зернового состава, а также строго соблюдать влажностной режим твердения бетона.
Бетон в агрессивной среде. Практика эксплуатации водопроводно-канализационных бетонных сооружений показала, что в ряде случаев под влиянием физико-химического действия жидкостей и газов бетон может разрушиться. Коррозия бетона вызывается главным образом разрушением цементного камня. Коррозия бетона возникает в результате проникания агрессивного вещества в его толщу через трещины или поры бетона. Поэтому основные меры предохранения бетона от коррозии придание ему возможно большей плотности
и правильное конструирование элементов сооружений, обеспечивающие равномерную без образования трещин деформацию бетона в процессе твердения. Для предохранения бетона от коррозии следует применять цементы с минимальным выделением гидроокиси кальция и малым содержанием трехкальциевого алюмината. К таким цементам относятся портландцемента с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, сульфатостойкие цементы. Для устранения пор в поверхностных слоях бетона применяют импрегнирование в бетон цементного раствора, силикатирование, флюатирование Отношение бетона к действию высоких температур. Огнестойкость бетона зависит не только от вида цемента, но и от природы заполнителей. Если в качестве заполнителей применяют горную породу, в состав которой входит кристаллический кварц, то при температуре около 600 С в бетоне могут появиться трещины вследствие значительного увеличения объема кварца.
При проектировании бетонных конструкций, подвергаемых длительному воздействию высоких температур, необходимо учитывать, что при температуре 150 250С прочность бетона на портландцементе снижается па 25. При нагревании бетона выше 500 С и последующем увлажнении он разрушается. Для строительства конструкций, подвергаемых длительному воздействию высоких температур свыше 250С, применяют специальный жароупорный бетон. Прочный и долговечный бетон из материалов даже высокого качества
может быть получен только при тщательном уплотнении бетонной смеси при формировании из нее конструкций. Формовочная способность бетонной смеси определяется двумя показателями пластичностью и подвижностью. Пластичность характеризует внутреннюю связность смеси, способность ее формоваться, приобретая заданную форму без разрывов и расслаивания на отдельные составляющие. Подвижность бетонной смеси с максимальной крупностью зерен заполнителя до 70 мм оценивают по осадке
под действием собственной массы или при вибрации конуса, отформованного из бетонной смеси Жесткость бетонных смесей устанавливают при помощи технического вискозиметра. На подвижность бетонной смеси влияет ряд факторов вид цемента, содержание воды, содержание цементного теста, крупность заполнителей и форма их зерен, содержание песка. Бетонные смеси одного и того же состава, но на разных цементах обладают неодинаковой подвижностью. Это объясняется различной водопотребностью цемента чем она выше, тем меньше подвижность или больше жесткость смеси. Подвижность бетонных смесей на портландцементах с гидравлическими добавками меньше, чем смесей на портландцементе при одном и том же количестве воды, взятой для приготовления смеси. Форма зерен также влияет на подвижность смеси. При округлой форме и гладкой поверхности суммарная поверхность зерен и трение между ними меньше, чем при острогранной форме и шероховатой поверхности, поэтому бетонная
смесь с гравием и окатанным песком подвижнее, чем смесь со щебнем и горным песком. Увеличение количества песка сверх оптимального, установленного опытом, уменьшает подвижность бетонной смеси вследствие возрастания суммарной поверхности заполнителей. Наиболее экономичны жесткие бетонные смеси, так как для них требуется меньше цемента, чем для подвижных. Следует выбирать более низкую подвижность смеси, но такую, которая обеспечивает удобную и качественную
укладку. При выборе подвижности бетонной смеси учитывают размеры и характер конструкции, густоту армирования и способы укладки смеси. Правильно организованный контроль качества бетонных работ на всех стадиях технологического процесса изготовления бетонных конструкций одно из важнейших условий получения прочного и долговечного бетона и снижения стоимости конструкций. Контроль необходим на всех переделах технологического процесса контролируют качество материалов для бетона, правильность их дозирования, качество перемешивания, укладки,
уплотнения, ухода за бетоном, а также определяют прочность затвердевшего бетона испытанием пробных образцов. Прочность и качество бетона в конструкции можно ориентировочно определить и без их разрушения при помощи акустических приборов. Сущность их действия основана на скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкциях без их разрушения можно также установить и механическим способом, например прибором, действие которого основано на зависимости прочности от глубины лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании, или расстояния отскока маятника от бетона.