Для строительства, который получается в результате формования и затвердевания правильно подобранной смеси, включающей вяжущее вещество, воду, а также мелкие и крупные наполнители. Все это претерпевает обязательное уплотнение. В некоторых случаях используются специальные добавки, а если речь идет об асфальтобетоне, то вода вовсе не используется.

Компоненты

По своей сути бетон - это смесь цемента и воды, в результате реакции между которыми формируется цементный камень, скрепляющий в единый монолит зерна используемых наполнителей. Структура и зависят от этих веществ. Они изменяют его степень пористости, реакцию на воздействия нагрузок, время затвердения, а также существенно уменьшают деформацию бетона в процессе его затвердевания. Бетон стал главным строительным материалом, используемым во всех областях за счет того, что предоставляет широкие возможности для получения смесей с разными свойствами с добавлением разнообразных наполнителей. Именно эти его характеристики и открывают столь широкие возможности для применения.

Бетон - это долговечный материал с высокой степенью огнестойкости, его плотность, прочность и прочие характеристики можно изменять, придавая ему какие-то конкретные свойства. При надлежащей обработке из смеси можно изготовить конструкции необходимой формы с позиций архитектуры и строительной механики.

Немного истории

В качестве искусственного строительного материала, состоящего из воды, наполнителей и вяжущего вещества бетон известен с глубочайшей древности. Более семи тысячелетий назад его использовали жители Междуречья для возведения хозяйственных построек и жилищ. Использовался он и строителями Великих пирамид. Древними римлянами строительство из бетона было выведено на новый уровень - после себя они оставили не только фундаменты зданий, но и целые кварталы бетонных построек. Особенности конструкции римских дорог, куполов, сводов и полов из этого материала и сейчас не утратили своей значимости. Однако в Средние века технология изготовления римского бетона была безвозвратно утеряна.

Конечно, древний бетон - это не то же самое, что и современный. Основное его отличие заключается в составе, на тот момент в нем не было цемента. В качестве использовали гипс, известь или глину.

Характеристики

Прочность бетона - это важнейшая его характеристика, которая оказывает непосредственное воздействие на эксплуатационные параметры материала. Под этим понятием принято подразумевать способность бетона выдерживать воздействие агрессивных сред и внешних механических сил. Эта величина определяется методами контроля: ультразвуковыми и механическими. В ГОСТ 18105-86 указаны правила испытания прочности бетона на изгиб, растяжение и сжатие. Одной из характеристик служит коэффициент вариации, демонстрирующий однородность смеси.

В соответствии с ГОСТ 10180—67 определение предела прочности бетона производится при сжатии контрольного куба, имеющего размер ребер 200 миллиметров в возрасте 28 суток. Данный вид принято называть кубиковой прочностью. Кроме ГОСТов, для определения прочности используются еще и СНиПы. К примеру, минимальная распалубочная прочность бетона горизонтальных незагруженных конструкций при длине пролета до 6 метров должна быть не менее 70% проектной прочности, а при длине более 6 метров - 80% проектной прочности. В данном случае именно прочность представляет важнейшее свойство. Как и природный камень, этот материал лучше сопротивляется сжатию, а не растяжению, поэтому именно предел прочности по этому показателю выбран в качестве главного критерия.

Свойства

Бетон - это материал, для которого прочность представляет собой характеристику, нарастающую в результате физико-химических процессов взаимодействия между цементом и водой, который проходит должным образом во влажных и теплых условиях. Случись так, что материал замерзнет или высохнет, этот процесс завершится. Ранее высыхание или замерзание сказывается негативно на итоговых характеристиках материала.

Однородность

В совокупности со всеми остальными факторами однородность по прочности зависит от качества и содержания используемых заполнителей, в особенности если какие-то свойства последних не позволяют получить бетон требуемой прочности. Поэтому этот параметр связывают с предыдущим, хотя опытные данные показывают, что такая взаимосвязь не всегда имеет место. При повышении однородности бетона появляются возможности для его более эффективного применения.

Показатель однородности определяется в результате проведенных испытаний контрольных образцов, произведенных из рабочего бетона с определенными заданными свойствами. К примеру, в процессе исчисления данного показателя учитываются результаты испытания одинаковых по габаритам и условиям хранения равновозрастных образцов материала. Однородность по водонепроницаемости определяется посредством испытания образцов одинаковой толщины в условиях использования одних и тех же методов.

Плотность

Эта характеристика бетона является довольно непростой, так как она изменяется в зависимости от того, какие компоненты добавлены в смесь. Для увеличения можно использовать пуццолановый портландцемент, который расширяется, либо не образующий пустот при застывании. Оказывают влияние на этот параметр и добавки-пластификаторы, которые часто улучшают характеристики уже готовой смеси. Если соответствует ГОСТу, то и его плотность будет величиной известной.

Классы

На данный момент существует несколько видов. Легкий бетон - это материал, плотность которого составляет 500-1800 кг/м 3 . К данному классу относят: пенобетон, керамзитобетон, газобетон, ячеистый, арболит, перлитовый и вермикулитовый бетон. У такой смеси несущая способность после застывания довольно мала. Обычный, или тяжелый бетон, характеризуется плотностью 1800-2500 кг/м 3 . В качестве наполнителя тут используется щебенка, гравий. Этот вид используется в промышленном строительстве, что обеспечивается его повышенной стойкостью к износу. Особо тяжелый класс бетона - это материал, характеризующийся плотностью более 2500 кг/м 3 . Такие смеси используются для строительства АЭС, так как они обладают свойствами защиты от ионизирующего излучения.

Марка бетона

Это еще одна важная характеристика данного материала. Показатель по прочности на сжатие показывает сопротивление осевому сжатию. относительно растяжения показывает сопротивление осевому растяжению контрольных образцов. Показатель морозостойкости демонстрирует количество циклов попеременного оттаивания и замораживания. Марка бетона по водонепроницаемости показывает, при каком одностороннем гидравлическом давлении бетон не будет пропускать воду в процессе проведения стандартных испытаний.

Выводы

При строительстве объекта любого назначения правильным решением будет покупка готового бетона, изготовленного в полном соответствии с ГОСТами, так как сложно добиться желаемого результата при изготовлении его самостоятельно и без наличия специального оборудования.

На нормативную прочность бетона при растяжении (R н р) влияют те же факторы, что и на прочность при сжатии, причем особенно существенное значение здесь имеет неоднородность структуры бетона. Хотя разные факторы сказываются на величинах R и R н р по-разному. Увеличение расхода цемента увеличивает прочность R н р значительно меньше, чем R. Повышение расхода цемента на 33% увеличивает R на 28,5%, а R н р всего на 12,5%. С ростом В/Ц (водоцеметное соотношение) сопротивление разрыву уменьшается меньше, чем сопротивление сжатию.

Кроме того, величина R н р зависит от зернового состава заполнителя и видов зерен. Песок и гравий с округленными зернами обуславливают меньшую величину прочности нежели песок и щебень с шероховатыми угловатыми зернами. А на величину R эти факторы влияния не оказывают.

При сравнении показателей прочности у бетонов разных марок выясняется, что отношение R н р /R уменьшается с повышением марки, то есть получается, что бетоны высоких марок обладают относительно меньшей прочностью на растяжение.

Стандарты не требуют специальных испытаний бетона на растяжение и не дают никаких указаний о размерах и форме образцов. Однако, чтобы обеспечить равномерное распределение нагрузки по сечению образца, он должен иметь длину, превышающую поперечный размер не менее чем в 3 раза. Разрывное усилие, как правило, передается через специальные заплечики на концах образца. Важно перед испытанием предохранить образцы от резких перепадов влажности и температуры, так как это оказывает большое влияние на результат. Также окончательный результат испытаний зависит от точности установки в машине и правильной геометрической формы образца. Эксцентрицитет и самый незначительный перекос могут сильно отразиться на показателе R н р.

При данной методике испытания на растяжение, показатель прочности, вычисленный по формуле N p /Fполучается весьма условным. Нередко образцы разрушаются возле заплечиков, где возникают значительные концентрации напряжения. Но даже при разрыве между заплечиками найденная плотность не менее условна, поскольку разрыв происходит чаще всего по поверхности соприкасания цементного камня с камневидными составляющими. А так как эта поверхность совершенно случайная, то разброс показателей выходит довольно большой.

Как и при сжатии, огромное значение имеет размер поперечного сечения образца: большие значения R н р имеют образцы с меньшим поперечным сечением.

Прочность бетона при растяжении довольно невелика и составляет от 1/8 до 1/17 от его прочности при сжатии.

Есть несколько способов повысить прочность бетона при растяжении. Лучшие увеличивают плотность бетона. Самый простой - правильный подбор состава бетона и применение цементов высокой прочности. Помогает также примесь разных добавок – тонко измельченных каменных материалов, трасов и пуццоланов. Лучшее средство повышения прочности при растяжении - хорошее уплотнение бетона путем вибрирования, вакуумирования, виброштампования или центрифугирования.

Приготовление смеси.

Как правильно приготовить бетон? Этот вопрос решается достаточно просто. О приготовлении смеси, правильное приготовление влияет на прочность бетона и его долговечность. Смешивать смеси в бетономешалке нужно в строго определенной последовательности - любые нарушения снижают качество смеси. Для начала в емкость заливается вода. Потом, при уже работающем миксере в грушу засыпается цемент. Следом за ним идет щебень, который не дает цементу «схватиться» грудками или комочками (он действует как дополнительная лопасть бетономешалки). Дальше идет песок. После него контролируем густоту раствора и вымешиваем его в течение 10-15мин.

Бетон является искусственным камнем, получаемым в результате твердения рационально подобранной смеси цемента, воды и заполнителей. Согласно современным представлениям, образование н твердение цементного камня проходят через стадии формирования коагуляционной и кристаллических структур.

В стадии образования коагуляционной (связной) структуры вода, обволакивая мелкодисперсные частицы цемента, образует вокруг них так называемые сельватные оболочки, которыми частицы сцепляются друг с другом. По мере гидратации цемента процесс переходит в стадию кристаллизации. При этом в цементном тесте возникают мельчайшие кристаллы, превращающиеся затем в сплошную кристаллическую решетку. Этот процесс кристаллизации и определяет механизм твердения цементного камня и, следовательно, нарастания прочности бетона. Ускорение или замедление процесса образования и твердения цементного камня зависит от температуры смеси и адсорбирующей способности цемента, определяемой его минералогическим составом.

Для твердения цементного камня наиболее благоприятная температура от 15 до 25°С, при которой бетон на 28-е сутки практические достигает стабильной прочности. При отрицательных температурах вода, содержащаяся в капиллярах и теле, замерзая, увеличивается в объеме примерно на 9%.

В результате микроскопических образований льда в бетоне возникают силы давления, нарушающие образовавшиеся структурные связи, которые в дальнейшем при твердении в нормальных температурных условиях уже не восстанавливаются. Кроме того, вода образует вокруг крупного заполнителя обволакивающую пленку, которая при оттаивании нарушает сцепление, т. е. монолитность бетона. При раннем замораживании по тем же причинам резко снижается сцепление бетона с арматурой, увеличивается пористость, что влечет за собой снижение его прочности, морозостойкости и водонепроницаемости.

При оттаивании замерзшая свободная вода вновь превращается в жидкость и процесс твердения бетона возобновляется. Однако из-за ранее нарушенной структуры конечная прочность такого бетона оказывается ниже прочности бетона, выдержанного в нормальных условиях, на 15...20%. Особенно вредно попеременное замораживание и оттаивание бетона.

Прочность, при которой замораживание бетона уже не может нарушить его структуру и повлиять на его конечную прочность, называют критической.

Таким образом, при бетонировании в зимних условиях технологическая задача в основном заключается в использований таких методов ухода за бетоном, которые обеспечили бы достижение предусмотренных проектом конечных физико-механических характеристик (прочность, морозостойкость и др.) или критической прочности.

Критическая прочность для бетонов марок ниже М200 должна быть не менее 50% проектной и не ниже 5 МПа, для бетонов марок М200...М300 — не ниже 40%, для бетонов марок М400...М500 — не ниже 30%. Для предварительно напряженных конструкций прочность бетона к моменту замораживания не должна быть ниже 70% 28-суточной прочности.

Решению этой задачи должна быть подчинена технология всего цикла бетонирования, начиная от приготовления бетонной смеси и кончая выдерживанием бетона.

Как подготовить опалубку к заливке бетона.

Инструменты, которые необходимы, это:

• лопата;
• молоток;
• бетономешалка;
• тачка;
• вибратор (либо обычная арматура);
• кувалда;
• шнуровка;
• рулетка.

Опалубки бывают одноразовыми (из подручных материалов), многоразовыми (из металла или ламинированной фанеры). Для более легкого отделения опалубки от бетона используют специальную смазку или эмульсию. Некоторые берут отработанное масло для этой цели, но это не рекомендуется из-за загрязнения окружающей среды и последующих трудностей в работе.

Одноразовую опалубку выполняют из досок, изнутри такую опалубку закрывают рубероидом или пленкой. Укреплять её нужно таким образом, чтобы во время заливки бетона он не сломался и не выгибался, а то бетон будет вываливаться. Можно использовать для укрепления пленки к опалубке скобы.

Перед тем как заливать бетон, необходимо очистить опалубку от снега и воды, что не мало важно для прочности бетона.

Заливка бетона.

Заливка бетона в летний период не занимает много труда, если сильно жарко, то необходимо смачивать бетон водой в течении первых 10 дней и укрыть целлофаном (время от времени раскрывать), пока он не затвердеет. В зимний период потребуется значительных затрат для заливки. В зимний период существуют и такие методы как: метод «термоса », термоактивной опалубки, применение бетона с противоморозными добавками , о которых мы поговорим в других статьях. При низкой температуре в состав бетона добавляют специальные присадки, которые будут препятствовать замерзанию содержащейся в нем воды, однако замедляют процесс твердения цемента. Иногда применяют метод подогрева арматуры, используемой при заливке. Нужно помнить, что бетонная смесь при переохлаждении расслаивается, при перегреве — быстро затвердевает, не давая возможности правильной укладки. Опалубку лучше всего дать выдержку по-времени как можно дольше, бетонная смесь лучше затвердеет и будет долговечней.

Когда бетон готов, его выливается между маяками и тщательно разравнивают с помощью правила или ровной и жесткой рейки. Сложностей нет, главное успеть выровнять поверхность, пока вода не впиталась в грунт. Если это все же произошло, то потерявший влагу бетон нужно обильно полить водой.

Выравнивание бетона.

Во-первых, о процессе нужно позаботиться до того, как вы начнете заливать бетон. Во-вторых, удобнее всего установить маячки на арматурных прутах. Чертить линию непосредственно на опалубке не стоит, так как она сотрется в процессе. Можно натянуть веревку внутри опалубки. Но если вы делаете соответствующий арматурный каркас, то он и заменит вам уровень. Если нет, то маячки или шнур - это обязательный момент.

Готовый раствор при обычной комнатной температуре способен сохранять свои свойства на протяжении 60-ти минут, в течение этого времени сохраняется температура заливки бетона, которую требуется соблюдать по технологии.

Обозначение бетонной смеси

Согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», обозначение бетонной смеси должно содержать:

• степень готовности;
• класс по прочности;
• марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности (для лёгкого бетона);
• обозначение стандарта.

Например, готовая к употреблению бетонная смесь тяжёлого бетона класса по прочности на сжатие В25, марки по удобоукладываемости П3, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 должна обозначаться как БСГ В25 П3 F200 W6 ГОСТ 7473-2010 .
В коммерческой практике принято также выделять в отдельную категорию высокопрочные спецбетоны ВС и бетоны с применением щебня мелкой фракции СМ.

История

После падения Римской империи рецепт изготовления бетона был забыт на тысячу лет. Современный бетон на цементном вяжущем веществе известен с 1844 года (И. Джонсон). Патент на портландцемент получил в 1824 году Джозеф Аспдин; патент на «римский цемент» получил в 1796 году Джеймс Паркер.

Мировыми лидерами в производстве бетона являются Китай (430 млн м³ в 2006 г.) и США (345 млн м³ в 2005 г. и 270 млн м³ в 2008 г.) В России в 2008 г. было произведено 52 млн м³.

Изготовление

Бетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы , гидрофобизаторы, и т. д.). Цемент и вода являются главными связующими компонентами при производстве бетона. Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Если же применяется цемент марки 500, то при этом условном соотношении получается бетон марки 350. Соотношение воды и цемента («водоцементное соотношение», «водоцементный модуль»; обозначается «В/Ц») - важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически, для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,2, однако у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц = 0,3-0,5.

Распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает его прочность.

Виды бетона

Обозначение бетонной смеси

Меры первичной защиты предполагают использование материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость в агрессивной среде, а также обеспечивающих низкую проницаемость бетона. К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещиностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Также к первичной защите можно отнести применение интегральных капиллярных материалов - гидроизоляция строительными смесями проникающего действия . При этом уплотняется структура бетона и происходит увеличение водонепроницаемости, морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы.

Задача вторичной защиты - не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и железобетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего в качестве связующего материала при производстве полимерных составов, применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается в уплотнении поверхностного слоя и изоляции поверхности.

См. также

Примечания

Литература

• Пирожников Л. Б. Занимательно о бетоне / Под. ред. А. Н. Попова. - 2-е изд., доп. - М .: