Минобрнауки России

Бетоны

Бетон – это искусственный камень, получаемый в результате затвердевания смеси, состоящей из вяжущего вещества, мелкого заполнителя, крупного заполнителя и воды. Бетон обладает конгломератным строением, которое характеризуется большим удельным содержанием зерен и кусков заполнителей разной формы и размеров, сцементированных в одно целое тонкими прослойками цементного камня.

Свойства бетона

Прочность – способность сопротивляться внешним силам, не разрушаясь. Прочность бетона зависит от прочности каменного заполнителя (известковый или гранитный щебень) и от качества растворенного в воде цемента: бетон будет тем прочнее, чем прочнее каменные заполнители и чем лучше они будут скреплены цементным клеем.

Средняя плотность – отношение массы материала ко всему его объему, которое у бетона всегда меньше 100%. Средняя плотность сильно влияет на качество бетона, в том числе и на его прочность: чем выше средняя плотность, бетона, тем он прочнее. Поры в бетоне, как правило, появляются при его изготовлении: в результате испарения излишней воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении, при плохом перемешивании бетонной смеси и, наконец, при недостатке цемента.

Отличительной чертой даже относительно плотного бетона является его пористая структура. Пористость бетона определяется микро и макропористостью цементного камня и небольшой пористостью заполнителей. Эта величина в значительной степени определяет такие свойства бетона, как морозостойкость, водонепроницаемость и водопоглощение.

Морозостойкость – способность бетона в насыщенном водой состоянии противостоять систематическому воздействию знакопеременных температур окружающей среды. Зависит от структуры, но не столько от количества пор, сколько от их характера (в микропорах вода не замерзает до 40-50º мороза). Морозостойкие бетоны получают путем применения морозостойких заполнителей, подбора их состава, уменьшения В/Ц, применения гидрофобных и гидрофильных добавок, меняющих характер пор и прочность цементов.

Водонепроницаемость – способность бетона не пропускать воду под давлением. Водонепроницаемость бетона зависит, в основном, от В/Ц, вида вяжущего, а также от содержания в бетоне тонкомолотых и химических добавок, условий твердения и возраста бетона. Кроме того, на водонепроницаемость бетона влияет структура пор. Понизив В/Ц, мы уменьшаем макропористость и повышаем водонепроницаемость бетона.

Водопоглощение бетона (открытая пористость) – численно характеризуется количеством воды (процент по массе или объему), которое поглощает бетон за некоторое время при погружении в воду (при контакте с водой). Величина водопоглощения бетона в значительной степени влияет на его морозостойкость.

В зависимости от массы заполнителя бетоны делятся на три вида: тяжелый, легкий и особо легкий. Так, например, к тяжелым относятся бетоны на естественных заполнителях из гранита, известняка, доломита, которые имеют среднюю плотность 2200 – 2400 кг/м³, а прочность их достигает 60 МПа. Легкий бетон изготовляется на основе щебня из легких каменных пород (пемза, туф) и имеет меньшую среднюю плотность, обычно в пределах 1600 – 1800 кг/м³. Использование таких искусственных пористых заполнителей, как керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, дает возможность получить целую гамму легких бетонов со средней плотностью до 1800 кг/м³, прочность которых колеблется от 7,5 до 40 МПа. Применение тяжелого или легкого бетона определяется типом конструкции и условиями ее эксплуатации.

Классификация по назначению в строительстве:

Общестроительные бетоны:

1) Конструктивные – используются в конструкциях, воспринимающих нагрузки (внешние силовые воздействия). Основной характеристикой таких бетонов является прочность;

2) Конструктивно-теплоизоляционные – применяются в ограждающих конструкциях (наружные стены, покрытия). Такие бетоны наряду с несущей способностью должны обеспечивать теплозащитные свойства этих конструкций.

Специальные бетоны:

1) Гидротехнический бетон в отличие от обычного тяжелого бетона характеризуется повышенной плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, низким тепловыделением и стойкостью против воздействия агрессивных вод;

2) Дорожный бетон применяют для устройства покрытий на автомагистралях, дорогах промышленных предприятий и городских улицах. В процессе эксплуатации покрытия подвергаются не только воздействию транспортных средств, но и влиянию атмосферных условий (многократное увлажнение и высыхание, замораживание и оттаивание);

3) Декоративные бетоны используются для повышения эстетической выразительности зданий и сооружений. Бетон данного вида получают за счет применения цветных составляющих – белого и цветного цементов, щелочестойких пигментов, заполнителей из цветных горных пород.

Бетоны специального назначения:

1) Химически стойкие – это группа бетонов, сохраняющих свои свойства в условиях воздействия химически агрессивных веществ (кислот, щелочей, органических растворителей);

2) Жаростойкие бетоны – это строительный материал, сохраняющий физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур (обычно в пределах 1600º). Применяется при сооружении дымовых труб, фундаментов доменных печей и др.;

3) Гидратные и особо тяжелые бетоны применяются в специальных сооружениях – атомных электростанциях, ядерных реакторах, рентгенкабинетах для того, чтобы обеспечить биологическую защиту от разного рода радиоактивных воздействий.

Состав бетона

Цемент – различные виды, выбор которых осуществляется на основании всестороннего учета требований, предъявляемых к бетону (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и т.д.).

Мелкий заполнитель – природный и искусственный песок размером 0,14 - 5 мм с объемной массой 1200 кг/м³.

Крупный заполнитель – применяют щебень и гравий с размером зерен 5 - 70 мм, а при бетонировании массивных конструкций крупностью до 150 мм.

Подбор состава бетона

Рациональный состав бетона должен обеспечить, учитывая технологические режимы изготовления изделий, заданные показатели свойств бетонной смеси и готового материала. Состав бетона выражается в виде расхода составляющих материалов по весу на 1 м³ бетона.

Определение состава бетонной смеси базируется на основном законе прочности бетона, который устанавливает зависимость прочности от таких немаловажных факторов, как качество применяемых материалов и пористость бетона. Пористость определяется величиной водоцементного отношения (В/Ц) в бетоне. Зависимость прочности от величины В/Ц является зависимостью прочности от объема пор, которые образованы водой, не вступившей в химическое взаимодействие с цементом. При изготовлении бетона В/Ц является фактором, оказывающим решающее влияние на пористость бетона и те его свойства которые связаны с прочностью.

Твердение бетона

Прочность бетона нарастает постепенно в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, то есть в результате твердения цементного камня, которые нормально протекают при температурах 18-20º во влажных условиях. При температурах близких к нулевой отметке нарастание прочности бетона прекращается, та же картина наблюдается и при высыхании бетона. Наоборот, при повышении температуры до 70-90º и максимальной влажности происходит интенсивное нарастание прочности.

Одной из главных задач в технологии производства бетона является ускорение его твердения, которое используют при необходимости интенсивного процесса бетонирования, или при бетонировании в условиях низких температур для максимально быстрого достижения необходимой прочности бетона.

Способы ускорения твердения бетона предусматривают два основных технологических приема:

Первый прием – внесение химических добавок в бетон, которые регулируют процесс схватывания и твердения бетона. Ускорители твердения бетона вызывают ускорение времени реакции гидратации цемента, что приводит к ускорению самого процесса отвердения бетона.

Второй прием – изотермический обогрев или прогрев бетона для максимального ускорения процесса бетонирования. Такой изотермический обогрев осуществляют контактным способом с применением термоактивной (согревающей) щитовой или туннельной опалубки.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Юго-Западный государственный университет»

Дата добавления: 2014-01-11