Общие сведения о бетонах. Классификация бетонов.

Бетон — искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания смеси вяжущего материала, воды, заполнителей и специальных добавок (в определенных пропорциях), тщательно перемешанной и уплотненной. До затвердевания указанная смесь называется бетонной смесью.

Одно из основных свойств бетона — высокая сопротивляемость сжимающим нагрузкам и низкая растягивающим; прочность бетона на сжатие в 10… 12 раз выше, чем на растяжение. Для повышения сопротивляемости растяжению в бетонные конструкции укладывают арматуру, которая в основном воспринимает растягивающие усилия. Армированный бетон называют железобетоном, он обладает свойствами стали и бетона, хорошо сопротивляется как сжатию, так и растяжению.

В строительной практике широко применяют предварительно напряженный железобетон. Сущность предварительного напряжения состоит в том, что зона бетона, подверженная растяжению, обжимается натянутой арматурой. Поэтому при воздействии на конструкцию растягивающие силы воспринимаются арматурой, уменьшая напряжение сжатия в бетоне. Таким приемом обеспечивают высокую трещиностойкость бетона. Предварительно напряженные железобетонные конструкции по сравнению с обычными железобетонными экономичнее, так как в результате эффективного использования высокопрочных материалов (стали и бетона) расход арматурной стали снижается.

Бетоны классифицируют по ряду признаков.

По назначению различают конструкционные бетоны, из которых изготовляют несущие и ограждающие конструкции, не выполняющие теплозащитных функций (колонны, балки, стеновые и фундаментные блоки, панели неотапливаемых зданий и сооружений), и специальные.

К специальным бетонам относятся следующие:
— гидротехнический — для возведения гидротехнических сооружений, который характеризуется стойкостью к увлажнению, многократному замораживанию и оттаиванию, водонепроницаемостью;
— для дорожного строительства и покрытий аэродромных полей — обладает высокой морозостойкостью и стойкостью к истираемости, способен воспринимать динамические знакопеременные нагрузки;
— жаростойкий — для выполнения специальных конструкций и сооружений, эксплуатируемых при высоких температурах, который изготовляют на жаростойких заполнителях (бой глиняного кирпича, доменных шлаков, хромита) с тонкомолотыми добавками из шамота, глиняного и магнезитового кирпича.-Наибольшую температуру (до 1700° С) выдерживает жаростойкий бетон на портландцементе с добавкой молотого хромита и магнезита.

Бетон на глиноземистом цементе и хромитовом заполнителе используют в конструкциях, нагреваемых до 1400 °С, а на шлакопортландцементе — до 700 °С.

Крфме того, выпускают химически стойкие бетоны, радиаци-онно-защитные, теплоизоляционные и др.

По плотности бетоны делят на особо тяжелые (более 2500 кг/м3), тяжелые (1800…2500 кг/м3), легкие (500… …1800 кг/м3), особо легкие (менее 500 кг/м3).

Для приготовления особо тяжелых бетонов используют заполнители в виде стальных опилок или стружек, чугунной дроби, окалины, железной руды. Такие бетоны применяют для радиационной защиты при строительстве атомных электростанций. Защитные свойства особо тяжелых бетонов повышают введением добавок, содержащих легкие элементы (водород, бор, кадмий, литий, карбид бора, хлористый литий).

Наибольшее применение в практике строительства для возведения подземных и надземных несущих конструкций и сооружений (фундаментов, стен, колонн, балок, ферм, плит перекрытий и покрытий и др.) получил тяжелый бетон, в качестве заполнителя для которого используют щебень плотных горных пород (гранита, известняка, диабаза и др.).

Легкие и особо легкие бетоны получают с использованием легких заполнителей (пемзы, туфа, шлака, керамзита) или путем придания пористой структуры (поризованные бетоны) цементному камню введением в бетонную смесь воздухововлекающих добавок (микропенообразователей), предварительно взбитой пены или газообразующих добавок.

К числу легких бетонов относят также ячеистые, которые обладают высокопористой структурой. Объем пор в таких бетонах достигает 80%, а плотность — 300…1200 кг/м3. Такие бетоны обладают низкой теплопроводностью и используются как эффективный теплоизоляционный материал.

По виду вяжущего вещества различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, поли-мерцементные и специальные бетоны.

Среди цементных бетонов основное место (около 65% от общего объема производства) занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях, а бетоны на шлакопортландцементе и пуццолановом цементе не более 20%.

С применением известкового вяжущего изготовляют силикатные бетоны. Для обеспечения процесса твердения таких бетонов используют автоклавы, где бетон подвергают тепловой обработке под давлением.

Гипсовые бетоны обладают малой водостойкостью, поэтому из них изготовляют конструкции, находящиеся внутри здания (например, подвесные потолки, перегородки).

Шлакощелочные бетоны (вяжущее — молотые шлаки и щелочные растворы) обладают высокой прочностью и стойкостью к агрессивным средам.

Полимербетоны (вяжущее — эпоксидные, полиэфирные, фу-рановые и другие смолы) высокостойкие к агрессивным средам, поэтому их применяют при возведении сооружений медеплавильной и химической промышленности, предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции (сахарные и пивоваренные заводы), емкостей для хранения кислот, минеральных вод и др.

Полимерцементные бетоны изготовляют с добавкой водных дисперсий различных полимеров (латексов, винилацетата, ви-нилхлорида, водорастворимых модификаций диоксидных и полиамидных смол), которые вводят в смесь вместе с водой затво-рения. Полимеры осаждаются в виде пленки на поверхности заполнителя, увеличивая сцепление между элементами структуры бетона. Такие бетоны хорошо сопротивляются растяжению, обладают повышенной морозостойкостью, водонепроницаемостью и химической стойкостью.

По виду заполнителей бетоны могут быть на плотных, пористых и специальных заполнителях.

По структуре бетоны бывают с плотной, поризованной, ячеистой и крупнопористой структурой.

19. свойства бетонной смеси

Бетонная смесь состоит из цементного теста, мелкого и крупного заполнителя. Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста — более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь.

Одно из основных свойств бетонной смеси — тиксо-тропия — способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия. 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.

Характеристикой вязкопластичных свойств бетонной смеси служит удобоукладываемость. Под удобоуклады-ваемостью понимают способность бетонной смеси легко укладываться в форму и уплотняться под действием различных способов уплотнения, не расслаиваясь. Удобоукладываемость различных смесей оценивают по их подвижности и жесткости.

Подвижность служит характеристикой удобоуклады-ваемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого стандартную металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной площадке, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса бетонной смеси (рис. 1, а), значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

Рис. 1. Определение удобоукла-дываемости бетонной смеси по осадке конуса (а) и показателю жесткости (б): 1 — опоры, 2 — ручки, 3 — конус; ОК — осадка конуса

Жесткость бетонных смесей определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси, с помощью специального прибора.

Прибор (рис. 2) представляет собой цилиндрический сосуд высотой 200 мм, диаметром 240 мм, на котором закреплен штатив со штангой и металлическим диском с шестью отверстиями. Прибор закрепляют на виброплощадке и в него устанавливают стандартную форму-конус. Конус заполняют бетоном в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Затем форму-конус снимают и, поворачивая штатив, на поверхность бетона опускают металлический диск. После этого включают вибратор. Время (в секундах), в течение которого бетон распределится в цилиндре равномерно и хотя бы через два отверстия начнет выделяться цементное тесто, принимается за показатель жесткости.

Рис. 2. Прибор для определения жесткости бетонной смеси: 1 — форма, 2 — упоры для крепления конуса, 3 — конус, 4 — воронка, 5 — штанга, 6 — направляющая втулка, 7 — втулка для крепления диска, 8 — диск с шестью отверстиями, 9 — штатив, 10 — зажим штатива

На практике жесткость бетонных смесей оценивают иногда с помощью технического вискозиметра. За показатель жесткости в этом случае принимают время вибрации, в течение которого свежеприготовленный бетонный образец в виде конуса займет горизонтальное положение в форме, заполнив все ее углы (см. рис. 18, б).

По удобоукладываемости смеси подразделяют на особо жесткие, жесткие, малоподвижные, подвижные и литые. Жесткие смеси обычно используют на заводах сборного железобетона, подвижные и литые — непосредственно на стройке.

Все бетонные смеси должны обладать связностью — способностью не расслаиваться, разделяясь на отдельные компоненты (заполнитель, воду) при транспортировании и укладке.

Указанные свойства бетонной смеси обеспечиваются правильным подбором состава бетона