О бетоне и его характеристиках

Бетон – строительный материал, искусственный камень, получаемый в результате затвердения смеси вяжущего вещества (цемент или др.), заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки.

По виду вяжущего вещества бетоны подразделяют на:

• цементные,
• силикатные,
• гипсовые,
• шлакощелочные,
• асфальтобетон,
• пластобетон (полимербетон)
• и др.

По назначению различают бетоны:

• обычные (для промышленных и гражданских зданий)
• специальные – гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

• особо тяжелый (плотность свыше 2500кг/м 3 ) – баритовый, магнетитовый, лимонитовый
• тяжёлый (плотность от 1800 до 2500 кг/м3) – гравийный, щебёночный (базальтовый, известняковый, гранитный)
• легкий (плотность от 500до 1800 кг/м3) – керамзитовый, вермикулитовый, перлитовый
• особо легкий (плотность менее 500 кг/м3)

ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Прочность является самым важным свойством бетона.  Как и природный камень, бетон лучше сопротивляется сжатию, чем растяжению, поэтому за критерий прочности принят предел прочности бетона при сжатии.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях.  Взаимодействие цемента с водой прекращается, если бетон высыхает или замерзает. Раннее высыхание или замерзание бетона непоправимо ухудшает его строение и свойства.

Испытание  бетона  на  сжатие.

Прочность на сжатие монолитного бетона во всех областях строительства, кроме гидротехнического, оценивают по результатам испытаний образцов-кубов 10х10х10 см в возрасте 28 суток в соответствии с ГОСТом.
Контрольные образцы-кубы готовят на месте укладки из бетонной смеси, непосредственно укладываемой в дело и выдерживаемых в условиях нормального твердения (при 20(+/-2) ?С и относительной влажности не менее 90%).

Каждая серия контрольных образцов состоит из трех одинаковых кубов.
Количество серий определяют в зависимости от вида конструкций или сооружений, их габаритов и массивности. Одну серию образцов-кубов назначают на следующие объёмы работ:

• на каждые 50 м3 массивных конструкций при объеме блока бетонирования более 1000 м3, при объеме блока менее 100м3  - на каждые 250 м3;
• на каждые 100м3 крупных фундаментов, но не менее одной серии на каждый блок;
•  на каждые 50 м3  фундаментов под технологическое оборудование объемом более 50 м3, но не менее одной серии на каждый блок, а при объеме менее 50 м3 – не менее на каждый фундамент;
• на каждые 20 м3 каркасных и тонкостенных конструкций (колонны, балки, плиты и т.п.);
• не менее двух серий на 200 м3 оснований и покрытий дорог и аэродромов, одна из которых (три образца-куба) – для испытаний на сжатие, другая – три призмы для испытаний на растяжение при изгибе;
• на каждые 50 м3 сооружений, возводимых в скользящей опалубке, не менее трех серий(одна для испытаний в возрасте трех суток), но не менее, чем на каждые 2м высоты сооружения.

Помимо образцов-кубов стандартного размера в отдельных случаях прочность на сжатие бетона определяют испытанием образцов-кубов с длиной ребра 10, 15 и 30 см, а также образцов-цилиндров диаметром 15см и высотой 30см.

Результаты, полученные при испытании образцов-кубов с длиной ребра 10, 15 и 30 см, приводят к стандартной прочности, т.е. прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 20см. Для этого среднеарифметические значения прочности от трех образцов одной серии умножают на поправочные коэффициенты.

Прочность бетонной конструкции или сооружения считают достаточной, если ни в одной из испытанных серий снижение прочности по сравнению с проектной маркой бетона не превышает 15%.

Если при испытании образцов окажется, что прочность бетона ниже проектной более чем на 15%, состав бетона для дальнейшего бетонирования немедленно корректируют, а возможность использования ранее забетонированных конструкций определяет проектная организация.

Испытание бетона на изгиб

Хотя бетон обычно не предназначен для работы на растяжение, важно знать величину его прочности на растяжение для оценки нагрузки, при которой начнется образование трещин. Отсутствие трещин чрезвычайно важно для сохранения непрерывности бетонной конструкции и во многих случаях для предупреждения коррозии арматуры.

Проблема трещинообразования возникает, например, при применении высокопрочной стальной арматуры или при развитии диагональных напряжений, возникающих при действии сдвигающей силы, но наиболее частой причиной трещинообразования являются задержка усадки и температурные градиенты.

Оценка прочности бетона на растяжение помогает понять поведение железобетона, хотя при фактических расчетах при конструировании во многих случаях не принимают во внимание прочность на растяжение.

Прямое приложение растягивающей силы, без эксцентриситета,  создать трудно; кроме того, оно осложняет и вторичными напряжениями, создаваемыми, например, захватами или забетонированными стержнями, хотя недавно было показано, что с некоторым успехом приложение прямого растяжения может быть достигнуто с использованием принципа клещей.

Ввиду этих трудностей предпочтительно измерять прочность бетона на растяжение путем изгиба неармированного прямого бетонного бруса.
Теоретическое максимальное растягивающее напряжение, которое создается в нижних волокнах испытываемой балки, известно под названием предела прочности при изгибе. Определение «теоретическое» относится к предположению, что напряжение пропорционально расстоянию от нейтральной оси балки. Известно, что форма эпюры напряжений, близких к разрушающим, не является треугольной.

Таким образом, предел прочности при изгибе превышает прочность бетона на растяжение и дает более высокое значение прочности, чем-то, которое могло бы  быть получено при прямом растяжении образцов, сделанных из того же бетона. Тем не менее, данное испытание очень полезно, особенно в связи с проектированием дорожных плит и взлетно-посадочных дорожек  на аэродромах, так как напряжение при изгибе является здесь критическим фактором.

Морозостойкость

За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают образцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте, а для дорожного бетона, кроме того, без потери массы более 5%.

Установленные следующие марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

Водонипронецаемость

Марка бетона по водонепроницаемости - это давление воды, при котором установленные образцы не пропускают воду в условиях стандартных испытаний.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций принимают во внимание необходимые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости. Марка бетона по прочности - это сопротивление осевому сжатию контрольных образцов в кг/см2.
В строительстве применяются следующие марки бетона: М50, М75, М100, М150, М200, М250,М300, М350, М400, М450, М550, М600, М700, М800.

Класс бетона - это числовая характеристика одного из его свойств, принятая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.
Бетоны подразделяются на классы: 1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5;В25; В26,5;В30; В40; В45; В50; В55; В60

Соотношение между классом и марками бетона по прочности приведены в таблице:

Марка бетона по морозостойкости - это наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают образцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 5% в сравнении с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте, а для дорожного бетона, кроме того, без потери массы более 5%.
Установлены следующие марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

Марка бетона по водонепроницаемости - это давление воды, при котором установленные образцы не пропускают воду в условиях стандартных испытаний.
Применяются следующие марки бетона по водонепроницаемости: W2, W4 W6, W8, W12.

Добавки повышают качество бетона и прибавляют ему дополнительные специальные свойства, которые позволяют ускорить темпы ведения строительства, а также значительно его удешевляет. Специальные свойства бетона необходимы как при строительстве дорог и аэродромных покрытий, гидротехнических сооружений, причалов, бассейнов и специальных сооружений, так и при монолитном строительстве жилых и промышленных домов, ведении сваечных работ и т.д. В данное время существует великое множество разных добавок. При жарком климате, например, часто используются замедлители твердения. При изготовлении полов, которые поддаются замерзанию/оттаиванию, как например, подлоги на открытых площадках или в морозильных камерах, рекомендуется применять (кроме использования замедлителей), только воздухопоглощающие реагенты. Для повышения удобства укладки бетона применяются пластификаторы и суперпластификаторы. Для бетонирования в грунтах, насыщенных водой, а также для строительства бассейнов и разного рода резервуаров применяются добавки, которые повышают в несколько раз водонепроницаемость бетона.

Цемент

При приготовлении бетонной смеси применяемый вид цемента и его марка зависят от условий работы будущей бетонной конструкции или сооружения, их назначения, способов производства работ.

Вода

Для приготовления бетонной смеси применяют обычную питьевую воду, не содержащую вредных примесей, препятствующих твердению цементного камня. Запрещается применять для приготовления бетонной смеси сточные, производственные или бытовые воды, болотные воды.

Мелкий заполнитель

• песок

Крупный заполнитель

• щебень
• гравий

Добавки
Введение добавок в цемент, растворную или бетонную смесь является простым и удобным способом повышения качества цемента, растворного камня и бетона, позволяющим значительно улучшить не только их свойства, но и технические, эксплуатационные показатели.

Добавки используют при производстве вяжущих веществ, приготовлении строительных растворов и бетонных смесей. Они позволяют изменить качество бетонной смеси и самого бетона, воздействуя на удобоукладываемость,  механическую прочность, морозостойкость, трещиностойкость, водостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность, стойкость к окружающей среде.

К основным свойствам бетонной смеси относят:

• связность (способность сохранять её однородность, не расслаиваясь при транспортировке, выгрузке),
• однородность,
• водоудерживающую способность (значительную роль играет в образовании структуры бетона, приобретении им прочности, водонепроницаемости и морозостойкости),
• удобоукладываемость (способность её быстро с минимальной затратой энергии приобретать необходимую конфигурацию и плотность, обеспечивая  получение бетона высокой плотности).

Свежеприготовленная бетонная смесь должна быть хорошо перемешана (однородна), пригодна к транспортировке на место укладки с учётом погодных условий, при этом сопротивляться водоотделению и расслоению.

В задачу проектирования и подбора состава бетонной смеси входит выбор необходимых материалов (вяжущего и др. компонентов) и установление их оптимального количественного соотношения.  На основе этого получают бетонную смесь с заданными технологическими свойствами, а также максимально экономичный и долговечный бетон, отвечающий проектным и эксплуатационным требованиям при минимально возможном расходе цемента.

Наиболее простой способ проектирования состава бетонной смеси – расчёт по абсолютным объёмам, в основе которого принято, что приготовленная, уложенная и уплотненная бетонная смесь не должна иметь пустот.

Строительный раствор – искусственный каменный материал, полученный в результате затвердения растворной смеси, применяемый виде тонких слоев: швов каменной кладки, штукатурки и т.п.

Строительные растворы подразделяются:

• по насыпной плотности в сухом состоянии – на тяжелые и легкие;
• по виду вяжущих – на цементные, известковые, гипсовые и сложные;
• по назначению – на кладочные, отделочные и специальные;
• по маркам;
• по морозостойкости.