Дополнительные свойства бетона

Ранее в нашей статье мы рассказывали об основных свойствах бетона. Напомним, что условно мы поделили все характеристики на две большие группы:

• Основные
• Дополнительные

Именно так мы будем классифицировать свойства бетона в этой статье. Но справедливости ради отметим, что группировать характеристики можно и на других основаниях. О них мы также рассказывали в статье об основных свойствах бетона.

Итак, в эту группу попадают такие свойства, которые могут быть актуальны только для определенных видов бетона. Они – не основные, могут иметь значение лишь для некоторых работ.

К ним относятся:

• Скорость и условия твердения
• Усадка
• Упругость
• Ползучесть
• Пористость
• Водопоглощение
• Набухание
• Водостойкость
• Паропроницаемость
• Теплопроводность
• Теплоемкость
• Тепловое расширение
• Тепловыделение при твердении
• Огнестойкость
• Жаростойкость
• Звукопроводность
• Электропроводность
• Трещиностойкость
• Коррозионная стойкость
• Расслаиваемость
• Уплотнение
• Радиоактивность
• Долговечность, или срок службы

Далее мы коротко опишем каждый пункт.

Скорость и условия твердения бетона

Твердение бетона – это сложный физико-химический процесс, в результате которого цемент и вода взаимодействуют между собой, образуя новое соединение. Таким образом формируется материал со своими структурой, особенностями и характеристиками.

Продолжительность твердения может длиться от нескольких часов до месяца. Она зависит как от условий твердения, так и от наличия специального оборудования. При необходимости, все это может быть отражено в наименовании материала.

В зависимости от условий твердения ГОСТ 25192-2012 выделяет бетоны на затвердевшие:

• В естественных условиях
• В условиях тепловой обработки при атмосферном давлении
• В условиях тепловой обработки при давлении выше атмосферного

В первом случае материал набирает прочность самостоятельно, только благодаря протекающим в смеси процессам. Главное преимущество здесь – отсутствие затрат на специальное оборудование.

ГОСТ 25192-2012 также классифицирует бетоны, твердеющие в нормальных условиях, на:

• Быстротвердеющие
• Медленнотвердеющие

Бетоны второй группы затвердевают благодаря тепловой обработке, осуществляемой разными способами (например, пропариванием, электропрогревом, горячим формованием, контактным обогревом и другими методами). Наибольшей популярностью пользуется пропаривание в камерах периодического и непрерывного действия. Такой вид обработки, благодаря пару, исключает возможность высыхания бетона и создает благоприятные условия для гидратации цемента.

К третьей группе относятся так называемые бетоны автоклавного твердения. Такой способ твердения подходит для изделий из ячеистых, цементно-песчаных и шлаковых бетонов, а также для материалов на основе известково-кремнеземистых вяжущих.

Возможно, вас заинтересуют наши статьи по теме:

• Применение автоклавного бетона
• Применение быстротвердеющего бетона

Усадка бетона

Когда бетонная смесь твердеет, она может изменяться в объеме. Так, например, после затвердевания готовый бетон занимает меньше места, чем жидкая смесь изначально. В результате этого явления на поверхности материала появляются ямки, выбоины, сколы, микро- и макротрещины, а готовые конструкции деформируются и разрушаются.

Давайте вместе посмотрим вот на эту схему:

На ней наглядно показано, как бетонная смесь, застывшая спустя 28 дней, изменилась в объеме и стала занимать меньше места – ровно на выделенное голубым цветом пространство. Это и есть усадка. Это явление особенно опасно в многоэтажном строительстве, возведении монолитных конструкций и инженерных сооружений, производстве ЖБИ.

На усадку бетона влияет несколько факторов, среди которых:

• Уход влаги через опалубку или испарение в окружающую среду
• Повышенное содержание цемента в составе смеси
• Отсутствие армирования
• Низкая относительная влажность воздуха
• Повышенное содержание воды в составе смеси
• Химическое взаимодействие воды с минеральными компонентами вяжущего и заполнителей

Методы определения деформаций усадки даны в ГОСТ 24544-2020.

Упругость бетона

Под упругостью понимают свойство материала обратимо изменять свои размеры под действием кратковременных механических напряжений. Это значит, что если вы сожмете в руке что-то упругое, то, когда вы отпустите ладонь, это «что-то» вернет обратно свою форму. Это и есть наглядный пример упругости.

Характеристика выражается модулем упругости. Она обозначается «Eσ», измеряется в МПа.

О том, как определять модуль упругости бетона, подробно рассказано в ГОСТ 24452-80. Она вычисляется по определенным в процессе испытания нагрузкам, продольным и поперечным относительным упругомгновенным деформациям.

Ползучесть бетона

Эта характеристика относится к деформативным свойствам. Она отражает способность материала постепенно деформироваться под действием постоянной статической нагрузки. Другими словами, это неупругие деформации. Определяется свойство по ГОСТ 24544-2020.

На ползучесть влияют многие факторы, такие как вид и расход цемента, степень уплотнения бетона, температура и влажность окружающей среды и так далее. Также свойство зависит и от крупного заполнителя: чем его больше в составе материала, тем менее ползучим будет бетон.

Пористость бетона

Пористость, или воздухосодержание показывает, какой объем пор и пустот, а также воздуха и газов содержится в материале. Параметр напрямую зависит от плотности.

Полный объем пор бетона обозначается буквой «Пп», измеряется в процентах. Вычисляется свойство экспериментальным или расчетным методами по специальной формуле. При этом также отдельно высчитывают открытую и условно-закрытую капиллярные пористости.

Описываемая характеристика – наряду с плотностью – влияет на структуру бетона.

Она может быть:

• Плотной
• Поризованной
• Ячеистой
• Крупнопористой

Самыми прочными из перечисленных являются плотные бетоны, а наименее – крупнопористая разновидности.

Определение пористости бетонной смеси прописано в:

• ГОСТ 10181-2014
• ГОСТ 12730.0-2020
• ГОСТ 12730.4-2020

Водопоглощение бетона

Под водопоглощением (или влагопоглощением) понимают объем воды, который может вобрать в себя образец бетона. Измеряется показатель в процентах от общей массы, обозначается как «Wм». Зависит свойство от пористости бетона, так как впитывание влаги происходит в основном за счет капилляров и пор. Также характеристика связана с морозостойкостью материала.

Метод определения водопоглощения бетона прописан в ГОСТ 12730.3-2020. Требования к методу даны в ГОСТ 12730.0-2020.

Набухание бетона

Набухание бетона – еще одна водно-физическая характеристика. Она отражает способность материала увеличиваться в объеме в водонасыщенном состоянии. Набухание – обратное усадке свойство, которое выражается отношением объема увеличенного водонасыщенного образца к его исходному размеру.

Интересно, что набухание бетона в 10 раз ниже его усадки. Это значит, что если материал и будет увеличиваться в объеме из-за повышенного содержания влаги в своих порах, то очень и очень незначительно – этого практически нельзя будет заметить невооруженным взглядом.

Водостойкость бетона

Под водостойкостью понимают способность бетона сохранять свои эксплуатационные свойства и качественные характеристики в условиях длительного воздействия воды на материал. Показатель связан обратной зависимостью с набуханием – чем оно больше, тем менее водостойким будет бетон.

Паропроницаемость бетона

Согласно ГОСТ 25898-2020 для строительных материалов и изделий, паропроницаемость (паропроницание, паронепроницаение, паронепроницаемость) – это величина, равная количеству водяного пара, которое проходит через 1 м3 материала за 1 час. Измеряется показатель в миллиграммах. Обязательное условие для успешного проведения испытания: температура воздуха у противоположных сторон должна быть одинаковой, а разность парциальных давлений водяного пара должно быть равна 1 Па.

Коэффициент паропроницаемости бетона – 0,03 мг/(м*ч*Па). Это – достаточно низкий показатель.

Регулировать паропроницаемость материала возможно благодаря целому комплексу мероприятий, который включает изменение расхода основных компонентов бетона (например, повышение вяжущего), определение свойств и расхода бетонной смеси, обработку заполнителя, дозирование и совместное перемешивание компонентов.

Теплопроводность бетона

Как может быть понятно из названия, характеристика отражает способность бетона проводить тепло – передавать его от горячих частей более холодным. Свойство зависит – в первую очередь – от структуры бетона, его пористости, плотности, температуры и водонасыщения.

ГОСТ 7076-99 для строительных материалов и изделий описывает теплопроводность (она же эффективная теплопроводность и коэффициент теплопроводности) как отношение толщины образца к его термическому сопротивлению. Обозначается показатель буквой «λ», измеряется в Вт/(м*°C).

Чем выше теплопроводность материала, тем хуже он выполняет роли теплоизолятора.

Возможно, вас также заинтересует наша статья по теме Применение теплоизоляционного бетона.

Теплоемкость бетона

Теплоемкость – это такая характеристика, которая показывает способность материала сохранять теплоту при нагревании. Она оценивается удельной теплоемкостью, которая обозначает количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг материала на 1°C. Обозначается свойство латинской буквой «Сb», измеряется в кДж/(кг*°С).

Показатель зависит от состава материала, его плотности и структуры. Для бетона параметр лежит в пределах (0,75-1,1)*103 Дж/кг*°С. Обычно для расчетов будет усредненное значение – «1». Для сравнения, теплоемкость воды – 4,19*103 Дж/кг*°С. Поэтому с повышением содержания воды в бетонной смеси или влажности бетона их теплоемкость возрастает.

Тепловое расширение бетона

Иначе этот показатель еще называют коэффициентом температурного, или линейного расширения бетона, а также температурной деформацией. Параметр связан с теплоемкостью и теплопроводностью материала. Коэффициент определяет отклонение линейных размеров бетонных плит или блоков при изменении температуры окружающей среды. Чтобы избежать разрушений габаритных бетонных конструкций, их «разрезают» температурными швами или тщательно подбирают компоненты бетона с близкими значениями коэффициентов температурного расширения.

Свойство обозначается буквой «αbt», измеряется в °С¯¹. Для бетона температурный коэффициент линейного расширения равен 1*10¯⁵. Этот показатель прописан в СП 41.13330.2012.

Тепловыделение при твердении бетона

Когда бетонная смесь твердеет, она выделяет тепло. Такая химическая реакция называется экзотермической. Именно поэтому в бетонных сооружения иногда наблюдается длительное повышение температуры даже при минусовой погоде. Это позволяет производить бетонирование массивных и монолитных конструкций без обогрева в зимнее время года.

Метод определения тепловыделения при твердении бетона прописан в ГОСТ 24316-80. Там указано, что удельное тепловыделение цемента («q», в кДж/кг (ккал/кг)) и теплоемкость бетонной смеси («Сб.с.», в кДж/К или ккал/°С) определяют путем установления величины подъема температуры во времени и последующего проведения необходимых расчетов.

Огнестойкость бетона

Свойство огнестойкости показывает сопротивляемость материала к кратковременному действию огня. Также она отражает его способность сохранять все свои функции в условиях пожара без деформаций и разрушений.

Бетон относится к числу огнестойких материалов. Он, благодаря своей малой теплопроводности, не успевает значительно нагреться во время кратковременного воздействия высоких температур. Для повышения этого показателя в бетон вводят специальные добавки и пластификаторы, используют определенные компоненты.

Жаростойкость бетона

В отличие от огнестойкости, жаростойкость показывает, насколько устойчив бетон к длительным и постоянным воздействиям высоких температур. Это свойство также называют огнеупорностью.

Жаростойкие бетоны способны выдерживать температуры от 700-800°С и выше. Иногда удается получить материалы, противостоящие 1700°С. Достигается это благодаря особому составу смеси. Практически все компоненты такого бетона жароустойчивы, многие не подвержены воздействию агрессивных химических веществ.

Звукопроводность бетона

Звукопроводность (или звукопроводимость), как следует из названия, отражает способность материала проводить звук. При этом следует разделять такие понятия как звукопроводность и звукоизоляция.

Звукопроводность определяется коэффициентом звукопоглощения, который показывает долю звуковой энергии, прошедшей сквозь звукопоглощающий материал и оставшейся в нем, по отношению к общей энергии звуковой волны. Звукоизоляция же важна для снижения уровня шума.

Бетон, например, наряду со стеклом, кирпичом и штукатуркой имеет малый коэффициент звукопоглощения – около 0,01-0,04. Он практически полностью отражает падающие звуковые волны. Для сравнения, звукопоглощающие материалы имеют коэффициент около 1.

Для повышения звукопроводности бетона требуется применение специальных веществ или конструкций – звукопоглощающих, обладающих значительно более высокими коэффициентами звукопоглощения. Основное назначение таких конструкций заключается в снижении энергии отраженных волн при их падении на поверхность.

Электропроводность бетона

Под этим параметром скрывается способность материала проводить электрический ток и сопротивляться ему. На показатель влияют, в первую очередь, пористость и количество влаги.

Основным проводником электричества в бетоне выступает вода. Она накапливается в порах материала, связывается с его компонентами. Собственным сопротивлением и способностью проводить ток обладают вяжущие вещества и заполнители.

Удельное электрическое сопротивление бетона варьируется от 200 до 1000 Ом-м.

Для того, чтобы улучшить показатель, проводят следующие мероприятия:

• Тщательно подбирают вяжущее вещество и компоненты
• Высушивают материал в автоклаве или при атмосферном давлении
• Снижают водно-цементное соотношение
• Вводят специальные добавки
• Пропитывают или покрывают готовое изделие специальными веществами

Возможно, вас заинтересует наша статья по теме Применение электроизоляционного бетона.

Трещиностойкость бетона

Еще одно название этого свойства – вязкость разрушения. Под ней понимается способность материала сопротивляться началу движения и развитию трещин при механических и других воздействиях.

Бетоны на прочных и эластичных заполнителях могут обладать высокой трещиностойкостью. Более подробно узнать об этом параметре можно в лаборатории, после серии испытаний.

Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении прописаны в ГОСТ 29167-2021.

Коррозионная стойкость бетона

Под коррозией материала понимают необратимое ухудшение характеристик бетона в результате химического, физико-химического или биологического воздействия коррозионной среды или внутренних процессов в бетоне. Иногда это свойство также называют химической стойкостью.

По ГОСТ 25192-2012, бетон делится на несколько групп в зависимости от стойкости к разным видам коррозии.

Согласно ГОСТ 31384-2017, по характеру воздействия на бетон агрессивные среды делятся на:

• Химические (сульфатная, магнезиальная, кислотная, щелочная и другие)
• Биологические (воздействие растений, мхов, грибов, бактерий и так далее)
• Физические (это периодическое увлажнение и высушивание, замораживание и оттаивание, нагревание и охлаждение, истирание и прочее)
• Внутренние коррозионные процессы (реакция щелочей цемента с активным кремнеземом и доломитом заполнителя и так далее)

Бетонную смесь проектируют в зависимости от того, какая среда будет воздействовать на сам материал и конструкцию из него. При необходимости, бетон дополнительно защищают различными методами.

Возможно, вас также заинтересуют наши статьи по теме:

• Применение кислотостойкого бетона
• Применение сульфатостойкого бетона

Расслаиваемость бетонной смеси

Свойство расслаиваемости отражает способность смеси из материалов разного происхождения и крупности терять однородность.

Другие названия этой характеристики:

• Расслоение
• Связность
• Однородность
• Нерасслаиваемость

По сути, за всеми этими названиями скрывается одно – способность материала сохранять свою однородную структуру и не расслаиваться в процессе транспортировки, укладки и уплотнения.

Характеристику можно определить самостоятельно – ее легко заметить невооруженным взглядом. Для этого достаточно посмотреть на бетонную смесь: если она расслоилась, то на поверхности вы заметите воду, которая «поднялась» наверх, тогда как цемент, щебень и песок, наоборот, осели. Главная причина тому – повышенное содержание воды в растворе.

Определение расслаиваемости прописано в ГОСТ 10181-2014. Ее оценивают показателями раствороотделения и водоотделения.

Уплотнение бетонной смеси

Когда бетонную смесь уложили, важно ее уплотнить. Это необходимо для того, чтобы вывести из раствора воздух и устранить пустоты, сделав тем самым его более плотным. Проводят уплотнение различными приспособлениями (например, специальным вибрационными машинами) и методами (например, штыкованием).

Во время уплотнения методом вибрирования компоненты бетонной смеси начинают перемещаться под действием силы тяжести. При этом пузырьки воздуха вытесняются на поверхность, а сам раствор уплотняется под влиянием своей массы.

Чтобы структура бетона получилась более плотной и равномерной, важно не только правильно подобрать агрегат для уплотнения смеси и верно его использовать, но и не ошибиться с продолжительностью процесса.

Определяется уплотнение бетона марками. Они обозначаются как КУ.

ГОСТ 7473-2010 выделяет несколько марок бетона по уплотнению:

• КУ1 – коэффициент уплотнения более 1,45
• КУ2 – 1,45-1,26
• КУ3 – 1,25-1,11
• КУ4 – 1,10-1,04
• КУ5 – коэффициент уплотнения менее 1,04

Радиоактивность бетона

Все изделия и материалы на земле радиоактивны и имею свой радиационный фон. Он нормируется ГОСТ 30108-94 «Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов». Этот документ распространяется в том числе и на строительные материалы.

По ГОСТ 30108-94, существует четыре класса по радиоактивности:

• I – удельная эффективная активность до 370 Бк/кг
• II – от 370 до 740 Бк/кг
• III – от 740 до 1500 Бк/кг
• IV – радиоактивность более 1500 Бк/кг

Материалы, которые относятся к первому классу, можно использовать повсеместно – в том числе для строительства школ, больниц, детских садов и жилых домов. Вторая разновидность применяют для оборудования пешеходных и дворовых зон, дорог и проездов в населенных пунктах и зон перспективной застройки, для возведения производственных сооружений. Третий класс материал возможно использовать только в дорожном строительстве вне населенных пунктов. Четвертый класс можно применять лишь только по согласованию с Госкомсанэпиднадзором.

Долговечность, или срок службы бетона

Этот показатель также иногда называют сроком эксплуатации бетона и изделий из него.

Связь между качеством материала и сроком его службы очевидна: чем качественнее бетон, тем больше он прослужит без ремонта и – уж тем более – без разрушений. Стоимость эксплуатации и ремонта здания или конструкции из бетона ведь также закладывается в общую стоимость строительства. Поэтому, при возведении сложных объектов, теперь все чаще включают требования по долговечности сооружения и его сроку службы. Вот почему в последнее время возникает необходимость в новых методах более точного определения проектной долговечности конструкций – в том числе из бетона.

Согласно Методическому пособию по назначению срока службы бетонных и железобетонных конструкций с учетом воздействия среды эксплуатации на их жизненных цикл, долговечность – это способность сооружения, его отдельного узла, элемента, конструкции или изделия сохранять минимально необходимые эксплуатационные качества в течение, по крайней мере, заданного периода времени под воздействием факторов деградации. Под заданным сроком службы же понимают требуемый срок, устанавливаемый общими нормативами или заданием заказчика или владельца здания или сооружения.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.