Mass concrete (массовый бетон — бетон для монолитных гидросооружений) определяется в стандарте ACI 116R как «любой объем бетона с размерами, достаточно большими, чтобы требовать принятия мер, чтобы справиться с выделением тепла от гидратации цемента и сопутствующим изменением объема для минимизации растрескивания». Проектирование массовых бетонных конструкций основывается на долговечности, экономичности и тепловом воздействии, при этом прочность часто является второстепенным, а не основным вопросом.
Единственная характеристика, которая отличает массовый бетон от других бетонных конструкций, - это термическое поведение. Поскольку реакция гидратации является экзотермической по своей природе, повышение температуры в большой бетонной массе, где тепло не рассеивается быстро, может быть довольно высоким. Значительные растягивающие напряжения и деформации могут возникнуть из-за ограниченного изменения объема, связанного с понижением температуры, поскольку тепло гидратации рассеивается. Следует проводить мероприятия по предотвращению растрескивания, так как это может привести к потере структурной целостности и монолитности, чрезмерному просачиванию столба воды и сокращению срока службы конструкции.
Практика массового бетонирования была разработана в основном при строительстве бетонных плотин, где впервые было обнаружено растрескивание, связанное с повышением температуры конструкции. Растрескивание, связанное с температурой, также наблюдалось в других конструкциях из толстого бетона, в том числе в фундаментах сплошной плиты, оголовках свай, опорах мостов, толстых стенах и обделках тоннелей.
В конструкциях из массивного бетона обычно не требуется высоких значений прочности на сжатие; однако плотины с тонкой аркой являются исключением. Массивные конструкции, такие как гравитационные плотины, выдерживают нагрузки в первую очередь своей формой и массой, и только во вторую очередь своей прочностью. Более важны прочность и свойства, связанные с температурным режимом и склонностью к растрескиванию.
Когда бетон впервые был использован для строительства плотин, плотины были относительно небольшими, и бетон смешивался вручную. Портландцемент должен был быть способен выдержать испытание на равномерность изменения объема, заполнитель представлял собой речной песок и гравий, а дозирование производилось лопатой (Davis 1963).
До 1900 года большая часть портландцемента, используемого в Соединенных Штатах, импортировалась из Европы. Все цементы были очень крупными по нынешним стандартам, и довольно часто они были недобожженными и имели высокое содержание свободной извести. Для плотин того периода использовались речной песок и гравий без промывки для удаления нежелательной грязи и мелких частиц. Бетонные смеси широко различались по содержанию цемента и соотношению песка и крупного заполнителя. Смешивание обычно производилось вручную, а дозирование - лопатой, тачкой, ящиком или тележкой. Влияние водоцементного отношения было неизвестно, и, как правило, не предпринималось никаких попыток контролировать объем воды для смешивания. Не было никакого измерения консистенции, кроме визуального наблюдения за только что замешанным бетоном.
Некоторые из плотин были из крепи, в которой «изюм» (особо крупный заполнитель бетона) был частично погружен в очень подвижный бетон. Затем промежутки между изюмом заливали бетоном, тоже очень подвижным. Некоторые из ранних плотин строились без усадочных швов и без регулярного слоя бетонирования. Однако были заметные исключения, когда бетон заливали блоками; бетон очень жесткой консистенции укладывался тонкими слоями и укреплялся тщательной ручной утрамбовкой. Обычно бетонная смесь доставлялась к формам на тачках. Если в крепи были «изюмы», то деррик-кран, работающий внутри рабочей зоны, перемещал пластичный бетон с изюмом. Влажностного ухода, конечно же, не было.
Исключением из этих общих правил была плотина Лоуэр-Кристал-Спрингс, построенная в 1890 году. Эта плотина расположена недалеко от Сан-Матео, Калифорния, примерно в 20 милях (30 км) к югу от Сан-Франциско. По имеющейся информации, это была первая плотина в США, в которой максимально допустимое количество воды для смешивания было указано! Бетон для этой конструкции высотой 154 фута (47 м) был отлит в виде системы блоков с замковым соединением заданной формы и размеров. Для укрепления сухого бетона использовались ручные трамбовки. Свежий бетон был покрыт досками для защиты от солнца.
1900–1930 - На рубеже веков значительно ускорилось строительство всех типов бетонных дамб. Все больше и больше плотин строились для функционирования систем орошения, электроснабжения и водопровода. Бетонирование с помощью башен и желобов стало обычным явлением. В Соединенных Штатах промышленность портландцемента прочно обосновалась, и цемент редко импортировался из Европы. Спецификации ASTM для портландцемента претерпели незначительные изменения в течение первых 30 лет века, за исключением небольшого увеличения требований к тонкости помола, определяемых ситовым анализом. За исключением пределов периклаза и потерь при прокаливании, никаких химических требований не было. В этот период больше внимания уделялось характеристикам и классификации заполнителей. Очень существенный прогресс был достигнут в разработке методов дозирования бетона. Взаимосвязь прочности воды и цемента была установлена Абрамсом и его сотрудниками в ходе исследований до 1918 года, когда появился Бюллетень 1 Портландцементной ассоциации (PCA) (Abrams 1918) (здесь имеется в виду бюллетень Американской ассоциации по патентному праву). Тем не менее, количеству воды для затворения уделялось мало внимания. Преобладали методы укладки бетона с помощью кранов и желобов с плоским уклоном, что привело к использованию чрезмерно подвижных смесей в течение, по крайней мере, 12 лет после того, как была установлена важность водо-цементного отношения.
В этот период крепь вышла из моды. Для плотин толстого сечения максимальный размер заполнителя для массивного бетона был увеличен до 10 дюймов (250 мм). Тест на осадку конуса стал использоваться как средство измерения удобоукладываемости бетонной смеси. Испытания цилиндров 6 x 12 дюймов (150 x 300 мм) и 8 x 16 дюймов (200 x 400 мм) стали обычной практикой в Соединенных Штатах. Европейские страны обычно применяли куб 8 x 8 дюймов (200 x 200 мм) для проверки прочности в разном возрасте. Ближе к концу этого периода обычно использовались смесители емкостью 3 ярда3 (2,3 м3), а некоторые были емкостью 4 ярда3 (3 м3). Только цемент типа I (нормальный портландцемент) был доступен в этот период. В районах, где условия замерзания и оттаивания были суровыми, было обычной практикой использовать бетонную смесь, содержащую 564 фунт / ярд3 (335 кг / м3) цемента на всю массу бетона. Строительная практика бетона тела конструкции, содержащей 376 фунтов / ярд3 (223 кг / м3), и бетона поверхности отделки, содержащей 564 фунтов / ярд3 (335 кг / м3), была разработана в этот период, чтобы сделать поверхность плотины устойчивой к суровым климатическим условиям. и все же минимизировать общее использование цемента. В районах с мягким климатом в некоторых плотинах использовался один класс бетона с содержанием цемента всего 376 фунтов / ярд3 (223 кг / м3).
1930-1970 годы - это была эпоха быстрого развития массового строительства плотин из бетона. Башенно-лотковый метод заливки в этот период исчез и применялся только на небольших проектах. Бетон обычно укладывался с помощью больших ковшей с кранами, канатными дорогами, железнодорожными системами или их комбинацией. На более крупных и более тщательно контролируемых строительных проектах заполнители обрабатывались, компоненты дозировались по весу, а количество воды для смешивания измерялось по объему. Улучшение удобоукладываемости было достигнуто за счет внесения мелкодисперсных минеральных добавок (пуццоланов), воздухововлекающих и химических добавок. Бетон с осадкой конуса всего 3 дюйма (76 мм) использовался без вибрации, хотя в большинстве проектов в более поздние годы этой эры для уплотнения использовались погружные вибраторы.
С 1970 г. по настоящее время - был разработан бетон, уплотненный катком, и такой метод стал преобладающим среди остальных по укладке массивного бетона. Поскольку трамбованный бетон сейчас широко используется, отдельный документ ACI 207.5R является основным справочным материалом по этой теме. Традиционные методы массового бетона продолжают использоваться для многих проектов, больших и малых, особенно там, где трамбованный бетон нецелесообразен или труден в использовании. Это такие объекты как арочные дамбы, большие стены и некоторые фундаментные работы, особенно там, где требуется усиление. Продолжающаяся разработка химических добавок позволила построить очень большие подводные объекты, где бетон течет вбок на глубину до 100 футов. Были разработаны методы бетонирования под давлением, где несущие элементы изготавливаются из заранее установленных или сборных конструкций, а затем заполняются подводным бетоном. Таким образом велось строительство участков плотины и ГЭС.