Бетоны и железобетоны
Бетон — искусственный камень, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердения называют бетонной смесью.
Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки заполнителей, придающей бетонной смеси подвижность (текучесть). Цементное тесто, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон.
Бетон в сочетании со стальной арматурой называют железобетоном.
В бетон могут вводиться специальные добавки, улучшающие свойства бетонной смеси и бетона.
Бетон является одним из важнейших строительных материалов во всех областях современного строительства. Это объясняется изменением свойств бетона в широком диапазоне путем использования компонентов соответствующего качества, применения специальных методов механической и физико-химической обработки, возможностью изготовления самых разнообразных по форме и размерам долговечных строительных конструкций, возможностью полной механизации бетонных работ, экономичностью бетона, так как до 80—85% объема его составляют заполнители из местных каменных материалов.
Классификация бетона и требования к нему
Бетоны классифицируют по следующим ведущим признакам: по основному назначению, виду вяжущего вещества и заполнителя и по структуре.
По назначению бетоны бывают следующих видов: конструкционные — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаменты, колонны, балки, плиты и др.); специальные — жаростойкие, химически стойкие, декоративные, радиационно—защитные, теплоизоляционные и др., бетоны напряженные, бетонополимеры.
По виду вяжущего вещества бетоны бывают: цементные, изготовленные на гидравлических веществах — портландцементах и его разновидностях; силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами; гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих и бетоны на шлаковых и специальных вяжущих материалах.
Бетоны изготовляют на обычных плотных заполнителях, на естественных или искусственных пористых заполнителях; кроме того, разновидностью является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды и тонко дисперсного кремнеземистого компонента. Он отличается высокой пористостью — до 80—90% с равномерно распределенными порами размером до З мм.
В связи с этим бетоны классифицируют также по структуре: плотной, пористой, ячеистой и крупнопористой.
По виду заполнителя различают бетоны на плотных заполнителях, пористых и специальных, удовлетворяющих специальным требованиям (защита от излучений, жаростойкость, химическая стойкость и т. п.).
По показателям прочности при сжатии тяжелые бетоны имеют марки от 100 до 800 кг/см2. Марка бетона — одно из нормируемых значений унифицированного рода данного показателя качества бетона, принимаемых по его среднему значению. К различным видам бетонов устанавливаются требования по показателям, характеризующим прочность, среднюю плотность, упругопластические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства бетонов.
Определенные требования предъявляются к материалам для приготовления бетона (вяжущим, добавкам, заполнителям), его составу и технологическим параметрам по изготовлению конструкции для работы в конкретных условиях.
Долговечность бетона оценивают степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны делят на марки от 15- 1500 циклов (замораживания и оттаивания).
Качество бетона оценивают, по водонепроницаемости, которая определяется максимальной величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивания через контрольные образцы, изготовленные и испытанные на водонепроницаемость согласно требованиям действующих стандартов.
Материалы для приготовления бетонов
Бетон, применяемый для изготовления фундаментов, колонн, балок, пролетных строений мостов и других несущих элементов и конструкций. промышленных и жилых зданий и инженерных, сооружений, должен приобретать определенную прочность в заданный срок твердения, а бетонная смесь должна быть удобной в укладке и экономичной. При использовании в незащищенных от внешней среды конструкциях бетон должен иметь повышенную плотность, морозостойкость и коррозиестойкость. В зависимости от назначения и условий эксплуатации бетона в сооружении предъявляются соответствующие требования к составляющим материалам, которые предопределяют его состав и свойства, оказывают влияние на технологию производства изделий, их долговечность и экономичность.
Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (прочность, морозостойкость, химическая стойкость, водонепроницаемость и др.), а также технологии изготовления изделий, их назначения и условий эксплуатации. Марку цемента выбирают в зависимости от проектируемой прочности бетона при сжатии:
| Прочность бетона, МПа | 1100 | 1150 | 200 | 2250 | 300 | 400 | 5500 | 600 и выше |
| Марка цемента | 300 | 300 | 300-400 | 400 | 400-500 | 500-600 | 600 | 800 |
Для приготовления бетонной смеси применяется питьевая, а также любая вода, не содержащая вредных примесей (кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара), препятствующих нормальному твердению бетона.
К добавкам для бетонов относятся неорганические и органические вещества или их смеси, за счет введения которых в контролируемых количествах направленно регулируются свойства бетонных смесей и бетонов либо бетонам придаются специальные свойства. В основу классификации добавок для бетонов положен эффект их действия. По этому признаку добавки для бетонов делят на следующие группы:
1. Регулирующие реологические свойства бетонных смесей. К ним относятся пластифицирующие — увеличивающие подвижность бетонных смесей; стабилизирующие - предупреждающие расслоение; водоудерживающие - уменьшающие водоотделение.
2. Регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетонов. К ним относятся добавки, замедляющие схватывание, ускоряющие схватывание и твердение, противоморозные, т.е. обеспечивающие твердение бетона при отрицательных температурах.
З. Добавки, регулирующие пористость бетонной смеси и бетона. К ним относятся воздухововлекающие, газообразующие и пенообразующие добавки, а также уплотняющие (воздухоудаляющие или кольматирующие поры бетона).
4. Добавки, придающие бетону специальные свойства:
гидрофобизующие, уменьшающие смачивание; повышающие противорадиационную защиту, жаростойкость; антикоррозионные, т. е. увеличивающие стойкость в агрессивных средах; ингибиторы коррозии стали, улучшающие защитные свойства бетона к стали; добавки, повышающие бактерицидные и инсектицидные свойства.
5. Добавки полифункционального действия, одновременно регулирующие различные свойства бетонных смесей и бетонов: пластифицирующе-воздухововлекающие; повышающие прочность бетона и газообразующе - пластифицирующие.
6. Минеральные порошки - заменители цемента. К этой группе относятся тонкомолотые материалы, вводимые в бетон в количестве 5—20%. Это золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др., придающие бетону специальные свойства (жаростойкость, электропроводимость, цвет и др.).
В качестве пластифицирующих добавок наибольшее распространение получили поверхностно-активные вещества (ПАВ).
Поверхностно-активные добавки представляют собой особую группу органических веществ, введение которых в бетонные смеси позволяет существенно улучшить их удобоукладываемость. Вместе с тем поверхностно-активные добавки позволяют уменьшить водоцементное отношение и, соответственно, сократить расход цемента без снижения прочности материалов и изделий.
Поверхностно-активные добавки, используемые в цементах, растворах и бетонах, по определяющему эффекту действия на цементные системы можно условно разделить на три группы: гидрофилизующие, гидрофобизующие и воздухововлекающие.
Гидрофилизующие добавки при затворении вяжущего водой предотвращают на определенный срок слипание отдельных цементных частиц между собой.
Гидрофобизующие добавки, как правило, существенно повышают нерасслаиваемость, связанность бетонной смеси, находящейся в покое. В качестве гидрофобизующих добавок раньше применялись в основном природные продукты
— некоторые животные жиры, олеиновая и стеариновая кислоты. Развитие химической промышленности дало возможность широко использовать новые гидрофобизующие добавки — битумные дисперсии (эмульсии и эмульсосуспензии), нафтеновые кислоты и их соли, окисленные, синтетические жирные кислоты и их кубовые остатки, кремнийорганические полимеры и др.
Воздухововлекающие добавки позволяют получать бетонные смеси с некоторым дополнительным количеством воздуха. Чтобы повысить пластичность смеси, обычно увеличивают объем вяжущего теста. Вовлекая воздух, объем теста увеличивается без введения лишнего цемента, поэтому удобоукладываемость такой системы повышается. К тому же воздухововлекающие добавки образуют и ориентированные слои, активные в смазочном отношении. Широко применяют воздухововлекающие добавки на основе смоляных кислот: смолу, нейтрализованную воздухововлекающую (СНВ), омыленный древесный пек и др.
К ускорителям твердения цемента, увеличивающим нарастание прочности бетона, особенно в ранние сроки, относятся хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция и др.
Пено- и газообразоватаели применяют для изготовления ячеистых бетонов. К пенообразователям относятся клееканифольные, смолосапониновые, алюмосульфонафтеновые добавки, а также пенообразователь ГК. В качестве газообразователей применяют алюминиевую пудру ПАК-З и ПАК-4.