Понятие о бетоне как композитном материале. Общие сведения и классификация бетона

Вопрос № 1.

Бетон - это искусственный каменный материал, полученный в результате твердения рационально подобранной смеси вяжущего, заполнителя и воды.

Цемент и вода являются активными составляющими бетона: в результате реакции между ними образуется цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей в единый монолит. Для особых видов бетона используют органические вяжущие вещества: битумы, полимеры и мономеры.

Между цементом и заполнителем обычно не происходит химического взаимодействия, за исключением силикатных бетонов, получаемых автоклавной обработкой, поэтому заполнители часто называют инертными материалами. Однако они существенно влияют на структуру и свойства бетона, что необхо-имо учитывать при проектировании состава бетона.

Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют в требуемом направлении и другие свойства бетона.

Бетоны классифицируются по следующим признакам:

1. основному назначению;

2. виду вяжущего;

3. виду заполнителей;

4. структуре;

5. условиям твердения.

В зависимости от основного назначения бетоны подразделяются на:

o конструкционные;

o специальные (жаростойкие, химические стойкие, декоративные, радиационно-защитные, теплоизоляционные и др.).

Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, полимерцементные и специальные бетоны.

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях (около 65% общего объема производства), применяемые для различных видов конструкций и условий их эксплуатации, успешно используются бетоны на шлакопортландцементе (20 25% общего объема производства) и пуццолановом цементе.

К разновидностям цементных бетонов относят: декоративные бетоны, изготовляемые на белом и цветных цементах; бетоны для самонапряженных конструкций, изготовляемые на напрягающем цементе; бетоны для специальных целей, изготовляемые на особых видах цемента - глиноземистом, безусадочном, расширяющимся и т.д.

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны, изготовляемые на различных сортах гипса, используют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидность этих бетонов - гипсоцементно-пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью и более широкой областью применения (объемные блоки санитарных узлов, конструкции малоэтажных домов).

Шлакощелочные бетоны - бетоны в качестве вяжущих в которых используют молотые шлаки, затворенные щелочными растворами.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные и др.) или мономеры, отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия.

Бетоны изготовляют и на смешанном вяжующем, состоящем из цемента и полимерного вещества. Такие бетоны называют полимерцементными. В качестве полимера используют водорастворимые смолы и латексы. Свойства бетонов на неорганических вяжущих веществах можно улучшать путем пропитки мономерами с последующим их отверждением в порах и капиллярах бетона. Подобные материалы называют бетонополимерами.

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе:

· цементных вяжущих;

· известковых вяжущих;

· шлаковых вяжущих;

· гипсовых вяжущих;

· специальных вяжущих.

По величине средней плотности различают бетоны:

+особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м3 - особо тяжелые приготовляют на тяжелых заполнителях - стальных опилках или стружках (сталебетон); железной руде (лимонитовый и магнетито-вый бетоны) или барите (баритовый бетон);.

+тяжелые - 1800 2500 кг/м3 - в строительстве наиболее широко используют обычный тяжелый бетон плотностью 2100 2500 кг/м3 на плотных заполнителях (граните, известняке, диабазе и др.). Бетон плотностью 1800 2000 кг/м3 получают на щебне из горных пород плотностью 1600 1900 кг/м3 или без песка (цементное тесто и крупный заполнитель);.

+легкие - 500 1800 кг/м3 - легкие бетоны получают на пористых заполнителях (керамзите, аглопорите, шунгизите, вспученном шлаке, пемзе, туфе и др.). Применение легких бетонов уменьшает массу строительных конструкций, удешевляет строительство;

+особо легкие (ячеистые) - менее 500 кг/м3 - к особо легким бетонам относят ячеистые бетоны, которые получают вспучиванием смеси вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов (газобетон, пенобетон) и крупнопористый бетон на легких заполнителях. В ячеистых бетонах заполнителем по существу является воздух, находящейся в искусственно созданных ячейках.

По виду заполнителей бетоны могут быть на:

ü плотных заполнителях;

ü пористых заполнителях;

ü специальных заполнителях.

По структуре бетоны могут быть:

· плотной структуры;

· поризованной структуры;

· ячеистой структуры;

· крупнопористой структуры.

По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие:

в естественных условиях;

в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Бетон - основной строительный материал, ему можно придавать в широких пределах разнообразные свойства: плотность, прочность, теплопроводность и др.

Требования к качеству бетонов устанавливаются в зависимости от их назначения и условий работы в конструкциях зданий и сооружений:

в стандартах на бетоны определенного вида;

в стандартах и технических условиях на сборные бетонные и железобетонные изделия;

в рабочих чертежах монолитных бетонных и железобетонных конструкций.

Показателями качества бетона являются классы или марки.

Класс или марка бетона по прочности на сжатие, растяжение при изгибе характеризуется прочностью образцов бетона базового размера в установленном проектном возрасте, определяемой в соответствие с действующими стандартами.

Класс бетона по прочности В отвечает значению гарантированной прочности бетона, МПа, с обеспеченностью 0,95.

Марка бетонов по морозостойкости F определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания в воде, которое выдерживают образцы, изготовленные и испытанные на морозостойкость согласно требованиям действующих государственных стандартов.

Марка бетонов по водонепроницаемости W определяется максимальной величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивания через образцы, изготовленные и испытанные на водонепроницаемость согласно требованиям действующих государственных стандартов.

Марка бетонов по средней плотности D определяется фактическим значением показателя массы в единице объема (в кг/м3) образцов, изготовленных и испытанных согласно требованиям действующих государственных стандартов.

Определение значений показателей качества бетонов производится путем испытания бетона в конструкциях или испытаний специально изготовленных контрольных образцов.

Соответствие показателей бетонов заданным требованиям устанавливаются путем оценки результатов испытаний, как правило, с учетом показателей однородности.

В зависимости от области применения бетона различают:

обычный бетон для железобетонных конструкций (блоков фундаментов, колонн, балок, перекрытий, мостовых и др. видов конструкций);

гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и т.д.;

бетон для ограждающих конструкций (легкий бетон для стен зданий);

бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;

бетон специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).

Бетоны для обычных железобетонных конструкций должны иметь заданную прочность, главным образом при сжатии.

Бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усадкой, стойкостью против выщелачивающего действия фильтрующих вод. Бетоны для стен отапливаемых зданий и легких перекрытий должны обладать необходимой прочностью и теплопроводностью; бетоны для полов - малой истираемостью и достаточной прочностью при изгибе, а бетоны для дорожных и аэродромных покрытий - еще и морозостойкостью.

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться, т.е. обладать подвижностью и удобоукладываемостью, не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции или сооружения в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Отсюда, важное значение имеют правильный выбор материалов, проектирование состава бетона с учетом принятой технологии изготовления конструкций, соблюдение технологических режимов, пооперационный контроль производства.

Вопрос № 2