Понятие о бетоне. Значения бетона для строительства. Классификация бетонов на неорганических вяжущих веществах

Бетонная смесь: реологические и технические свойства, методы оценки.

Влияние основных факторов на удобоукладываемость.

Свойства тяжелого бетона

К основным свойствам тяжелого бетона, кроме прочности, относят: пористость, деформативность (модуль упругости, ползучесть, усадку), водопроницаемость, морозостойкость, теплофизические свойства и др.

Деформатнвность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело. При небольших напряжениях (не более 0,2 от предела прочности) бетон деформируется как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2... 3,5) • 10⁴ МПа (у сильнопористых ячеистых бетонов модуль упругости около 1 • 10⁴ МПа).

При больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном 'действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микротрещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей цементного камня при высыхании. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетоне. В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3... 0,4 мм/м. Вследствие усадки бетона в бетонных и железобетонных конструкциях могут возникнуть большие усадочные напряжения, поэтому элементы большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м в конструкции длиной 30м общая усадка составит 10 мм. Усадочные трещины в бетоне на контакте с заполнителем и в самом цементном камне могут снизить морозостойкость и послужить очагами коррозии бетона.

Пористость. Как это ни покажется странным, бетон — плотный на вид материал имеет заметную пористость. Причина ее возникновения в избыточном количестве воды затворения. Бетонная смесь после правильной укладки пред­ставляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пористость бетона можно определить по формуле

П=[(В-ω Ц)/1000] х 100

где В и Ц — расходы воды и цемента в кг на 1 м³ (1000 дм³); ω — количество
химически связанной воды в долях от массы цемента.

Так, например, в возрасте 28 суток цемент связал 17 % воды от своей массы; расход воды в этом бетоне — 180 кг, а цемента — 320 кг. Тогда пористость бетона будет;

П = [(180 х 0,17х320)/1000] х 100=1 2,6%.

Это общая пористость, включающая микропоры геля и капиллярные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и мо­розостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор
можно вычислить по формуле,

П_к = [(В – 2ω Ц)/1 000] х100.

В рассматриваемом случае объем капиллярных пор будет 7, 1 %.

Водопоглощение и проницаемость. Благодаря капиллярно-пористому строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7 — 8 и 20. ..25 %,

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельножидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4... 8 % по массе (10. ,.20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше. Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гидрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции бетонных конструкций.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять заполнители надлежащего качества
(с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое
стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для
устройства бетонной гидроизоляции.
По водонепроницаемости бетон делят на марки W0.2; W0.4; W0.6; W0.8; и W1.2. Марка
обозначает давление воды (МПа), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает
воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ±2) °С и оттаивания в воде при (18 ±2 ) °С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

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. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100…..F1000. Стандартом предусмотрены и ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50+5)°С.

Причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях является капиллярная пористость.

Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной

капиллярной пористости (не выше 6,5. ..6 %). Это возможно путем снижения содержания воды

в бетонной смеси, что, в свою очередь, достигается путем использования:

­­­ а) жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемых при укладке;

б) пластифицирующих добавок, повышающих удобоукладываемость бетонных смесей без

добавления воды.

Есть еще один путь повышения морозостойкости бетона — гидрофобизация (объемная или поверхностная); в этом случае снижается водопоглощение бетона и соответственно

повышается его морозостойкость.

Теплофизические свойства. Из них важнейшими являются теплопроводность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии велика — около 1,2. ,.1,5 Вт/(м - К), т. е. в 1,5. ..2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теплоизоляцией. Легкие бетоны, в особенности ячеистые, имеют не высокую теплопроводность 0,1 — 0,5 Вт/(м К), и их применение в ограждающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах

0,75 - 0,92 Дж (кг К); в среднем — 0,84 Дж (кг К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР тяжелого бетона (10... 12) – 10^-6 К^-1Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50° (от -20° до +30 °С) расширение составит примерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растрескивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя цементного камня.

Понятие о бетоне. Значения бетона для строительства. Классификация бетонов на неорганических вяжущих веществах

Бетон на неорганических вяжущих веществах представляет собой композиционный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной бетонной смеси, состоящей из вяжущего, вещества, воды, заполнителей и специальных добавок. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).

Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры. Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах и получать материал с заданными свойствами. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток устраняется в железобетоне, когда растягивающие напряжения воспринимает арматура. Близость коэффициентов температурного расширения и прочное сцепление обеспечивают совместную работу бетона и стальной арматуры в железобетоне, как единого целого. Это основное свойство железобетона как композиционного материала. В силу этих преимуществ бетоны различных видов и железобетонные конструкции из них являются основой современного строительства.

По виду вяжущего бетоны разделяют на: цементные (наиболее распространенные), силикатные (известково-кремнеземистые), гипсовые, смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и т.п.), специальные - применяемые при наличии особых требований (жаростойкости, химической стойкости и др.).

По виду заполнителя различают бетоны на: плотных, пористых, специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.)

В зависимости от плотности различают бетоны: особо тяжелые - плотностью более 2500 кг/м³ , изготовляемые на особо тяжелых заполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.); эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций: тяжелые - плотностью 2200-2500 кг/м³ на песке, гравий или щебне из тяжелых горных пород; применяют во всех несущих конструкциях: облегченные - плотностью 1800-2200 кг/м³; их применяют преимущественно в несущих конструкциях: легкие - плотностью 500-1800 кг/м³; к ним относятся: а) легкие бетоны на пористых природных и искусственных заполнителях; б) ячеистые бетоны (газобетон и пенобетон) из смеси вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя; в) крупнопористые (беспесчаные) бетоны на плотном или пористом крупном заполнителе. Без мелкого заполнителя: особо легкие (ячеистые и на пористых заполнителях) - плотностью менее 500кг/м³, используемые в качестве теплоизоляции.

Легкие бетоны менее теплопроводны по сравнению с тяжелыми, поэтому их применяют преимущественно в наружных ограждающих конструкциях. В несущих конструкциях используют более плотные и прочные легкие бетоны (на пористых заполнителях и ячеистые) плотностью 1200-1800 кг/м³

По структуре различают бетоны со слитной структурой, ячеистые и крупнопористые. Чаще других используются бетоны со слитной структурой — это обычный тяжелый бетон и легкие бетоны на пористых заполнителях. Легкие и особо легкие бетоны можно получить, вспенивая тесто вяжущего — так получают бетоны ячеистой структуры (с равномерно распределенными порами размером 0,2...2 мм). Бетоны крупнопористой структуры, также относящиеся к легким бетонам, получают, исключая из состава бетона мелкий заполнитель и скрепляя зерна крупного заполнителя вяжущим веществом.

Бетоны классифицируют по основному значению:

· По назначению бетоны бывают следующих видов: конструктивные — для бетонных и железобетонных несущих конструкции зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты, панели перекрытии и др.); специальные — жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др.

По условиям твердения различают бетоны:

· Естественного твердения;

· ТВО (тепловлажностная обработка) при атмосферном давлении;

· ТВО при давлении выше атмосферного (автоклавное твердение).