9.1. Общие сведения. Бетонная смесь
Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения хорошо перемешанной и уплотненной бетонной смеси.
Бетонная смесь — смесь из вяжущего вещества, воды, заполнителей и различных добавок, взятых в определенных пропорция, которая со временем превращающается в искусственный камень.
Для приготовления бетонной смеси в основном используют: цемент, песок, гравий или щебень и вода.
Каждый из компонентов бетона влияет на вязкопластичные свойства смеси. Если увеличить содержание заполнителей смесь становится жесткой, если увеличить размер цементного теста, смесь становится текучей.
На качество бетонной смеси влияет:
1. Гранулометрический состав песка и примесей в нем.
2. Качество воды.
3. В/Ц соотношение.
4. Наличие добавок.
Одно из основных свойств бетонной смеси- тиксотропия.
Тиксотропия – способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия.
Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшаются и бетонная смесь становится текучей. Это свойство широко используют при укладке и уплотнении бетонной смеси.
Технологические свойства. Для производства работ и обеспечения высокого качества бетона в конструкциях и изделиях необходимо, чтобы бетонная смесь имела консистенцию, соответствующую условиям ее укладки и уплотнения, т.е. определенную удобоукладываемость.
Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь.
Связность – способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т.е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механическом воздействии на бетонную смесь в результате ее тиксотропного разжижения часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх.
Крупный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз.
Легкие заменители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость.
9.2 Классификация бетонов и отличительные свойства
Бетоны классифицируют по:
- средней плотности,
- виду вяжущего вещества,
- назначению.
По плотности различают:
- особо тяжелые бетоны с плотностью более 2500 кг/м3;
- тяжелые – 1800...2500 кг/м3;
- легкие – 500...1800 кг/м3;
- особо легкие – менее 500 кг/м3.
Особо тяжелые бетоны получают на основе заполнителя из железной руды, барита, чугунного скрапа, свинцовой дроби;
тяжелые – на основе заполнителя из плотных горных пород: гранитов, диабаза, песчаника и др.
В легких бетонах используют природный или искусственный пористые заполнители, в том числе пемзу, керамзит, аглопорит и др.
Особо легкие бетоны (теплоизоляционные) отличаются тем, что своеобразным заполнителем в них являются воздушные или газовые поры-ячейки.
По виду вяжущего бетоны делят на:
- цементные (цементобетоны),
- гипсовые (гипсобетоны),
- силикатные,
- полимербетоны,
- асфальтобетоны и т.д.
По назначению бетоны бывают:
- общего назначения (для несущих и ограждающих конструкций);
- специального назначения (для защиты от радиации, для дорожных и аэродромных покрытий, жароупорные, кислотостойкие, гидроизоляционные, декоративные и др.).
В зависимости от применения различают бетоны:
- обычный - для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, сводов, мостов и т. п.);
- специального назначения, например кислотоупорный, жароупорный…
- гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и т. п.;
- бетон для стен зданий(главным образом, легкий бетон) и легких перекрытий;
- теплоизоляционный особо легкий (пено- и газобетон);
- бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий.
Преимущества бетона как строительного материала:
1. Легкая формовка. Широкое применение благодаря тому, что принимает любую форму.
1. Доступность компонентов.
2. Индустриальность
3. Экономичность. В сравнении с другими конструкционными материалами- значительно дешевле.
4. Пожаробезопасность. Он относится к числу огнестойких материалов. Вследствие сравнительно малой теплопроводности бетона, кратковременное воздействие высоких температур не успевает вызвать значительного нагревания бетона. А ячеистый бетон может использоваться для теплоизоляции при температуре изолируемой поверхности до +400 С. Жароупорные бетоны работают при температуре свыше 1000о С.
5. Долговечность.
6. Прочность. Может достигать 100 МПа.
7. Возможность регулировки свойств.
Недостатки бетона как строительного материала:
1. Большой вес. Что в свою очередь может повлиять на выбор несущих конструкций и на стоимость здания в целом.
2. Низкий уровень тепло- и звукоизоляции.
3. Низкая химическая стойкость.
4. Отрицательные реологические свойства бетона- усадка и набухание.
9.3 Сырьевые материалы бетона, их свойства, нормативные требования
Вода для приготовления бетонной смеси. Для приготовления бетонной смеси используют любую воду, отвечающую согласно ГОСТ 23732 определенным требованиям. Ограничения, предъявляемые к воде затворения, обусловлены свойствами самого цементного камня, т. е. в воде не должны содержаться те компоненты, которые могут вызвать его разрушение в процессе эксплуатации.
Вяжущее вещество. Для изготовления обычного бетона наиболее широко применяют минеральные вяжущие вещества, прежде всего портландцемент и его разновидности.
Заполнители существенно влияют на структуру и свойства бетона.
Заполнители занимают в бетоне до 80—85 % его объёма и создают жесткий каркас и поэтому значительно уменьшают деформации бетона при твердении и под нагрузкой.
В бетоне применяют мелкий и крупный заполнители.
Мелким заполнителем (менее 5 мм) для тяжелого бетона является природный или искусственный песок.
При отсутствии природного песка применяют песок, получаемый путем дробления твердых горных пород.
Классификация заполнителей по:
В зависимости от происхождения бывают:
- морские,
- речные (содержат мало пыли, имеют окатанную форму),
-овражные (горные) пески (содержат много пыли и глины).
Крупный заполнитель (обычно 5 – 70 мм, иногда до 150 мм) для тяжелого бетона подразделяют на гравий и щебень.
Гравием называют рыхлый неорганический материал, образовавшийся в результате естественного разрушения (выветривания) горных пород. Гравий состоит из более или менее окатанных зерен размером 3-70 мм. .
В зависимости от происхождения различают гравий:
- овражный (горный),
- речной,
- морской.
Щебнем называют крупный заполнитель для бетона, полученный в результате дробления горных пород или дробления крупного камня. Зерна щебня имеют угловатую форму. Желательно, чтобы по форме они приближались к кубу.
Более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем, поэтому для бетона высокой прочности обычно применяют щебень, а не гравий.
Наибольшая крупность щебня (гравия) определяется размером отверстия сита, на котором полный остаток не превышает 5 %, наименьшая – размером сита, на котором полный остаток не менее 95 %.
Добавки классифицируют по основному эффекту действия:
1) наполнители и микронаполнители, улучшающие структуру бетона на микроуровне, т.е. структуру связующего вещества;
2) регуляторы свойств бетонной смеси – пластификаторы и суперпластификаторы, водоудерживающие добавки;
3) регуляторы сроков схватывания и твердения бетона – ускорители, замедлители, противоморозные добавки;
4) регуляторы структуры – газообразователи, пенообразователи, уплотняющие добавки;
5) ингибиторы коррозии стальной арматуры;
6) придающие бетону специальные свойства – расширяющиеся, гидрофобизирующие, антикоррозионные, электропроводные добавки, пигменты и др.
9.4 Основные эксплуатационные свойства бетона
Основными эксплуатационными свойствами бетона, обеспечивающим долговечность его службы, являются:
- прочность,
- деформативность,
- проницаемость,
- морозостойкость.
Прочность. Как и у всех каменных материалов, предел прочности бетона при сжатии значительно (в 10... 15 раз) выше, чем при растяжении и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность на сжатие.
Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость набора прочности со временем затухает.
Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическому значению результатов испытания образцов данного бетона через 28 суток нормального твердения. Для этого используют образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм, изготовленные из рабочей бетонной смеси и твердевшие при (20 ± 2)°С на воздухе при относительной влажности 95% (или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне).
Методы определения прочности бетона регламентированы стандартом.
Марка бетона.
По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону).
Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800 кгс/см2.
Класс бетона В — это кубиковая (призменная) прочность в МПа, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (доверительной вероятностью) 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в пяти случаях можно ожидать его не выполненным.
Согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что стандартные кубики (150×150×150 мм), изготовленные из бетона данного класса, в 95 % случаев выдерживают давление 25 МПа.
Таблица 9.1 Соотношение между марками и классами тяжелого бетона по прочности.
Водонепроницаемость, характеризуется максимальным давлением воды в МПа, при котором через образец не фильтруется вода. Марки по водонепроницаемости W2, W4…W12.
По морозостойкости тяжелые бетоны классифицируются на следующие марки: F50, 75, 100, 150, 200, 300, …,1000.
За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов «замораживания — оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний.
Усадка и набухание бетона – объемные изменения бетона в процессе твердения и эксплуатации (0,13…0,35 мм/м). Их можно предотвратить или снизить, создав жесткий каркас из заполнителя, применяя армирование или создав надлежащие условия твердения.
Бетон хорошо работает на сжатие, но плохо сопротивляется изгибу и растяжению. Чтобы повысить прочность бетонных конструкций на растяжение и изгиб, в бетон укладывают стальную проволоку или стержни, называемые арматурой.
