Бетон. Лёгкие бетоны.Железобетон.Строительные смеси.

Бетонами называются искусственные каменные материалы, получаемые при затвердевании тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, мелкого и крупного заполнителей, воды, взятых в определенных количествах. До затвердевания эта смесь называется бетонной. В строительстве широко используются бетоны, приготовленные на цементах и других минеральных вяжущих веществах. В качестве заполнителей используются горные породы, отходы производства (шлак и т.п.), искусственные заполнители (керамзит и т.п.).

Применение заполнителей исключает большие усадки цементного камня и снижает стоимость бетона, так как заполнитель и вода составляют 85...90 % массы бетона, а цемент — 10...15 %.

Для придания бетонной смеси и бетону некоторых дополнительных свойств в их состав при приготовлении вводят различные химические и поверхностно-активные добавки, которые ускоряют или замедляют процессы схватывания и твердения, делают бетонную смесь более пластичной и удобоукладываемой, повышают прочность, морозостойкость, водонепроницаемость или придают бетону какие-либо другие свойства.

Бетоны классифицируются по следующим признакам: основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре.

По назначению различают бетоны конструкционные и специальные.

 Конструкционные — большая часть бетонов, используемая для изготовления несущих и ограждающих конструкций всех зданий и сооружений. К ним предъявляются требования, характеризующие механические свойства, а в необходимых случаях такие, как морозостойкость, водонепроницаемость и др., характеризующие стойкость  против  климатических  воздействий  и  воздействий  внешней среды.

Специальные — жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др. — используются для возведения специальных конструкций или элементов конструкций. К ним, как можно судить по названию, в первую очередь предъявляются специальные требования, требования к механическим свойствам являются сопутствующими.

По   виду   вяжущего:

на цементном вяжущем — бетоны на основе клинкерных цементов — портландцемента и шлакопортландцемента.

 на шлаковых вяжущих — бетоны на основе молотых шлаков и зол, с активизаторами твердения (соединениями щелочных металлов);

на  известковых  вяжущих — на  основе  извести  в  сочетании  с | гидравлическими     активными     кремнеземистыми     компонентами.

По   виду   заполнителя:

на плотных заполнителях — заполнителях из плотных горных пород или шлаков (крупных — щебень из естественного камня, гравий, щебень из гравия, щебень из доменного шлака; мелких — песок природный или получаемый дроблением плотных пород);

на пористых заполнителях, получаемых искусственным путем (керамзитовый, зольный  гравий, а, шлаковая пемза из вспученных доменных шлаков, вермикулит, перлит.

на специальных заполнителях, придающих ему специальные свойства .К бетонам на специальных заполнителях можно отнести арболит — бетон на цементном вяжущем и органических заполнителях (измельченная древесина из отходов производства)

По  структуре:

плотной структуры (плотные) — бетоны, у которых все пространство между зернами крупного и мелкого или только мелкого  заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного  вяжущего, в том числе образующихся за счет применения добавок, регулирующих пористость бетонной смеси и бетона;            

поризованной структуры (поризованные) — бетоны,  у которых    все пространство между зернами крупного заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим, поризованными пено- или газообразующими добавками;

ячеистой структуры (ячеистые) — бетоны, состоящие из затвердевшей смеси вяжущего и кремнеземистого компонентов и искусственных равномерно распределенных пор в виде ячеек, образованных газо- и пенообразователями;

крупнопористой структуры (крупнопористые) — бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью заполнено мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим. Наименование бетона должно включать все признаки, за исключением не являющихся определяющими.

В наименованиях специальных видов бетонов указывается их основное назначение, а в наименованиях конструкционных бетонов слово «конструкционный» может быть опущено.

Требования к качеству бетонов устанавливаются стандартами на разновидности бетонов, в стандартах и технических услоерях на сборные бетонные и железобетонные изделия, в рабочих чертежах монолих ых бетонных и железобетонных конструкций. Эти требования устанавливаются по показателям прочности, плотности, стойкости к различным воздействиям — упругопластическим, тепло-физическим, защитным и др.

В качестве показателей прочности существуют марки бетона. Марками бетона пользуются для характеристики других свойств бетона: плотности, морозостойкости, водонепроницаемости и др.

Марка бетона — это одно из нормируемых значений унифицированного ряда данного показателя качества бетона, принимаемого по его среднему значению, в то время как класс бетона — это также одно из нормируемых значений унифицированного ряда данного показателя качества бетона, принимаемого с гарантированной обеспеченностью (0,95).

Марка бетона по водонепроницаемости определяется максимальной величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивание через контрольные образцы, изготовленные и испытанные согласно ГОСТу. Естественно испытьтваются на водонепроницаемость только плотные тяжелые, мелкозернистые и легкие бетоны. Для них приняты следующие марки: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

Масса тяжелых плотных бетонов не классифицируется, но колеблется в зависимости от плотности заполнителей. Масса легких, ячеистых и поризованных бетонов регламентируется. Соответствие бетонов необходимым требованиям обеспечивается выбором исходных материалов, их количеством в бетоне, соблюдением технологических приемов приготовления, укладки, уплотнения и условий твердения.

Свойства бетонной смеси. Бетонная смесь должна обладать такими свойствами, которые обеспечивали бы ее хорошую укладку в опалубку или форму и уплотнение без расслоения и излишнего водоотделения.   Для   оценки  свойств   смеси   и   в   первую   очередь способности заполнять форму или опалубку при укладке и уплотнении применяют различные приемы, методы и приборы.

Подбор состава бетона. Подбор включает: выбор материалов; расчет состава; проверку и корректировку пробными замесами и испытанием контрольных образцов. При этом не исключается проведение технико-экономических сравнений. В основе расчета лежит метод абсолютных объемов, по которому сумма объемов составляющих в плотном состоянии должна равняться объему бетона, а соотношение составляющих — обеспечивать получение бетона требуемых качеств.

Приготовление бетонной смеси. Этот процесс может быть сведен к двум основным технологическим операциям — дозированию исходных материалов и их перемешиванию.

Укладка и уплотнение бетонной смеси. Приготовленная бетонная смесь должна по возможности быстро доставляться к месту укладки и уложена в форму или опалубку. Допустимый промежуток времени с момента приготовления до укладки не должен превышать времени начала схватывания, и за этот срок бетонная смесь не должна существенно терять свои свойства (подвижность, жесткость). Транспортные средства (автосамосвал, автобетоновоз, ленточный конвейер и  т.д.)   должны  обеспечить доставку  бетонной  смеси  однородной,нерасслоившейся.

Для хорошо уплотненной бетонной смеси коэффициент уплотнения, т.е. отношение плотности полученного уплотненного бетона к расчетной, должен быть не менее 0,98 и приближаться к 1,0.

Одним из предварительных приемов оценки достаточности вибрирования является прекращение оседания бетонной смеси и появление на поверхности изделия цементного молока. Существуют и более сложные, но также далеко не достаточные методы определения оптимальной длительности вибрирования. Следует помнить, что недоуплотнение приводит к резкому снижению качества бетона и в первую очередь прочности.

Уход за бетоном в начальный период твердения. Ускорение процесса твердения. Нарастание прочности бетона возможно лишь при определенных тепловлажностных условиях. Потеря бетоном в процессе твердения воды или замерзание бетона ведут к прекращению процесса твердения, поэтому в начальный период необходимо обеспечить оптимальные условия твердения, или «уход» за бетоном. Наиболее простым методом ухода при положительной температуре (+ 5 °С и выше) является обеспечение влажной среды регулярной поливкой бетона водой, укрытием влажным песком, опилками, пленками.

В зимних условиях необходимый режим твердения создают различными приемами: разогревом бетонной смеси при ее приготовлении; выдерживанием бетона в утепленных опалубках (метод термоса); использованием химических добавок, снижающих температуру замерзания; тепловым воздействием на свежеуложенный бетон специальных, греющих опалубок; электродным прогревом; прогревом инфракрасными источниками теплоты и т.д.

Использование противоморозных добавок имеет значительно меньшее применение и должно производиться в строгом соответствии с рекомендациями, так как их применение имеет большое количество ограничений, связанных с характером армирования, условиями работы конструкции (влажностью, наличием агрессивной среды и пр.) и другими факторами.

Легкие бетоны

К большой группе бетонов, имеющих среднюю плотность до 1800 кг/м , относятся бетоны на пористых заполнителях, крупнопористые и поризованные бетоны, ячеистые бетоны.

Применение бетонов на пористых заполнителях позволяет снизить массу строительных изделий и конструкций за счет снижения средней плотности бетона, а также за счет уменьшения сечения конструкции, обусловленного снижением средней плотности и лучшими теплотехническими качествами.

Легкие бетоны на пористых заполнителях изготовляют, используя минеральные вяжущие вещества, воду, добавки, крупные и мелкие заполнители. В качестве заполнителей, как указывалось ранее, используются природные и искусственные пористые заполнители. Природные пористые заполнители получают дроблением и последующим рассевом исходных горных пород. Искусственные — в результате термической обработки сырья или горных пород с последующим рассевом или дроблением и рассевом, при этом они специально изготовляются или являются отходами промышленности.

 К специально изготовленным заполнителям относят керамзит, шлаковую пемзу вспученный перлит.

В некоторых случаях для изготовления конструкционных бетонов на пористых заполнителях в качестве мелкого заполнителя используют песок плотных пород (кварцевый). Свойства каждого вида пористого заполнителя регламентированы соответствующими ГОСТами или техническими условиями.

Важнейшими характеристиками бетонов на пористых заполнителях являются: средняя плотность, прочность при сжатии, морозостойкость.

Для применения в ограждающих конструкциях важное значение имеют теплопроводность и структура бетона.

 Прочность легкого бетона на пористых заполнителях может изменяться в пределах от 0,98 до 32,2 МПа и выше.

 На прочность бетона оказывают большое влияние свойства пористого заполнителя, с возрастанием прочности цементного камня она увеличивается, но максимальная определяется прочностью пористого заполнителя. В свою очередь прочность заполнителя находится в определенной зависимости от его средней плотности. Следовательно, для получения бетона заданного класса с минимальной (заданной) средней плотностью необходим соответствующий пористый заполнитель. Приемы определения состава бетона базируются также на методе абсолютных объемов, однако свойства пористых заполнителей (необходимая прочность, большое водопоглощение, большая относительная поверхность) вносят существенные отличия от приема определения состава тяжелого бетона. Определение состава легких бетонов производится в соответствии со специальными инструкциями.

Морозостойкость легких бетонов относительно высокая, этому способствуют свойства пористого заполнителя. Для конструкционно-теплоизоляционных легких бетонов она должна составлять 25...50 циклов, для конструкционных — 75...100 циклов и более. Легкие бетоны отличаются несколько большей стойкостью к агрессивной среде.

Теплопроводность таких бетонов зависит не только от средней плотности, но и от структуры бетона и заполнителя. Чем больше мелких пор в заполнителе и бетоне, тем выше теплоизолирующая способность, и наоборот.

Ячеистые бетоны представляют собой искусственный пористый камень с равномерно распределенными порами, крупность которых не превышает 2 мм. Ячеистые бетоны получают из смеси вяжущего, воды, тонкомолотого кремнеземистого компонента и порообразователя. Поризация смеси осуществляется либо химическим путем, либо смешиванием с пеной, приготовленной ранее механическим путем.

В первом случае в смесь вводят газообразующие добавки (алюминиевую пудру), которые, реагируя с компонентами вяжущего (известью), образуют газ, более или менее равномерно вспучивающий всю массу. Так получают газобетон. Во втором случае в специальных смесителях с быстровращающимися лопастями из воды с пенообразователем (СНВ, ЦНИИПС-1, 1К и др.) получается устойчивая пена, которая далее, смешиваясь с указанной выше смесью вяжущего, тонкомолотого кремнеземистого компонента и воды, образует ячеистую массу, а затвердевая — пенобетон. В зависимости от условий твердения ячеистые бетоны бывают автоклавные и безавтоклавные, а по области применения — теплоизоляционные (средняя плотность в сухом состоянии до 500 кг/м ); конструкционно-теплоизоляционые (500...900 кг/м ) и конструкционные (900...1200 кг/м3).

В нашей стране ячеистые бетоны широко используются главным образом как стеновой материал, имеются отдельные случаи их применения для изготовления покрытий и перекрытий. Основным недостатком ячеистых бетонов является повышенная влагоемкость,

что   исключает   их   применение   в   сооружениях   с   относительной влажностью более 75 %.

Крупнопористый легкий бетон готовится из крупного заполнителя — гравия или щебня (плотного или пористого), цемента и воды, без добавления мелкого заполнителя — песка. Это обуславливает его крупнопористое строение, так как цементное тесто лишь частично заполняет межзерновую пустоту. Для получения крупнопористого бетона используется либо однофракционный, либо многофракционный заполнитель. При использовании много-фракцирнного крупного заполнителя качество бетона улучшается, но увеличивается средняя плотность. Наиболее эффективный крупнопористой легкий бетон может быть получен на пористом заполнителе. Крупнопористый бетон используется в основном как стеновой материал, но в сочетании с конструкционным бетоном может быть применен для изготовления покрытий и перекрытий. Использование крупнопористых бетонов недопустимо в районах с сильными ветрами и морозами, так как они легко продуваемы; кроме того, при сильных морозах крупные поры заполняются изморозью, что резко сокращает теплоизоляционные свойства. Стены из крупнопористого бетона должны оштукатуриваться.

Поризованные бетоны готовятся из смеси вяжущего, крупных заполнителей, поризующей добавки и воды. Иногда в состав смеси для поризованных бетонов добавляют мелкий заполнитель, но в таком количестве, которое не полностью заполняет межзерновую пустоту крупного заполнителя. Поризация растворной составляющей производится для уменьшения плотности бетона, повышения связанности и удобоукладываемости смеси. В результате поризации цементного камня или растворной части получается легкий бетон с хорошей структурой; в этом случае вся межзерновая пустота заполнена поризованным цементным камнем или раствором.

 Железобетон.

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и арматурной стали.

Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надежно защищает ее от коррозии, так как в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью величин их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5

· 10 до 12«КГ6, для стальной арматуры 12.10"6).

Железобетон используется в виде сборных и монолитных конструкций. Сборные конструкции изготовляются на специальных заводах железобетонных конструкций в многократно используемых формах и средствами транспорта доставляются к месту строительства, где из них возводят здания и сооружения. Конструкции из монолитного железобетона изготовляются непосредственно на месте, в качестве форм используются различного вида опалубки. В этом случае к месту строительства подвозятся раздельно' бетон и арматура. Монолитный железобетон в основном применяют в гидротехническом строительстве.

В промышленном и гражданском строительстве используется сборный железобетон, позволяющий превращать строительную площадку в площадку монтажа сооружений из готовых деталей и конструкций, тем самым облегчать и улучшать условия работы строителей, особенно в зимнее время, ускорять, а ; иногда и удешевлять строительство. В нашей стране с каждЬш годом увеличивается производство и применение предварительно напряженных железобетонных конструкций. В этих конструкциях свойства бетона и арматуры используются наиболее полно. Основная идея этих конструкций состоит в том, что путем искусственного предварительного обжатия бетона в тех местах конструкций, где эксплуатционная нагрузка вызывает растягивающие усилия, появление нежелательных растягивающих напряжений в бетоне отодвигается на более поздний этап загружения или даже совсем исключается. Таким образом, принципиальное отличие предварительно! напряженных конструкций от обычных заключается в том, что еще до установки в эксплуатационное положение, т.е. при отсутствии внешней нагрузки, в них уже будут выгодные с точки зрения эксплуатации начальные напряжения

Конструкция рассчитывается и изготовляется так, чтобы в растянутой зоне бетон либо вообще не испытывал растягивающих усилий, либо, имели место растягивающие усилия,  не приводящие к появлению трещин.  В предварительно напряженных конструкциях растянутая арматура и сжатый бетон испытывают более значительные нагрузки, но материал работает полнее, что позволяет изготовлять более легкие и экономичные конструкции.

Арматура — это стальные стержни, проволока, закладываемые в бетон для получения железобетонных конструкций необходимой прочности, жесткости, трещиностойкости. По своему назначению в бетоне арматура подразделяется на рабочую и монтажную. Рабочая воспринимает нагрузки, монтажная необходима для обеспечения правильного расположения рабочей арматуры. Для улучшения свойств арматуры ее иногда подвергают упрочнению. Упрочнение может достигаться вытяжкой, протяжкой, обжатием, посредством   нагревания   и   охлаждения   (термически   упрочненная арматура).

Предварительное обжатие бетона чаще всего достигается путем предварительного натяжения арматуры и последующей ее анкеровки в бетоне. По способу изготовления различают два вида предварительно напряженных конструкций: в первом случае предварительное напряжение арматуры производят до затвердевания бетона, во втором — после приобретения бетоном определенной прочности.

Строительные растворы

Строительный раствор — это затвердевшая смесь вяжущих, заполнителей (мелких), воды и добавок. До затвердевания он называется растворной смесью. Строительные растворы предназначаются для заполнения швов в крупнопанельных и крупноблочных зданиях, для связывания камней при каменной кладке, для отделки поверхностей — штукатурки, для придания поверхностям специальных свойств (водонепроницаемости, кислото-стойкости и т.д.).

Строительные растворы разделяются: по плотности на тяжелые с массой в сухом состоянии более 1.500 кг/и3 и легкие —менее 1500 кг/м ; по виду вяжущего на простые — с одним вяжущим (цемент, известь, гипс и др.) и смешанные (сложные), состоящие из нескольких вяжущих (цементно-известковые, цементно-глиняные); воздушные (на воздушных вяжущих), предназначенные для работы в сухих условиях, и гидравлические (на гидравлических вяжущих) для работы во влажных условиях. На гидравлических вяжущих веществах готовят и водонепроницаемые растворы, предназначенные для придания элементам сооружения повышенной водонепроницаемости. По прочности на сжатие растворы делятся на марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300. Марка раствора определяется испытанием на сжатие образцов — кубиков 70,7x70,7x70,7 мм или половинок балочек (после испытаний балочек на изгиб) размером 4x4x16 см в возрасте 28 сут после твердения при температуре (20 ± 3)°С.

Вяжущие — все виды цементов, известь, гипс и др. Они должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТов. Для растворов низких марок (4 и 10) целесообразно использовать известь и местные вяжущие вещества (известково-шлаковые, известково-пуццолановые и др.). Выбор вяжущего следует производить в  соответствии  с действующими  

стандартами. Наибольшее применение имеют растворы на цементно-известковом вяжущем. В этом случае известь выполняет две функции: вяжущего и пластификатора.

Мелкие заполнители (пески) бывают природные и искусственные. Природные (кварцевые, полевошпатовые и др.) используются значительно чаще и применяют их в растворах для каменной кладки, для замоноличивания, для отделки. Искусственные (продукт дробления горных пород — гранитов, мраморов, известняков, туфов, шлаков и т.п.) используются в штукатурных работах.

Требования к зерновому составу и чистоте зависят от назначения и марки раствора и определены соответствующими ГОСТами.