В ОСНОВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. БЕТОН, КАК ОН ЕСТЬ

Свойства бетона, каким он был и каким стал в настоящее время

Этот материал, которой мы помещаем в двух ближайших номерах журнала, представляет собой дайджест, своего рода компиляцию из открытых источников (список которых мы поместим в конце публикации). Назначение данной статьи –рассказать о бетоне как главном строительном материале, его базовых свойствах и характеристиках.

Бето́н (от фр. béton) — искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев бетон может иметь в составе специальные добавки, а также не содержать воды (например, асфальтобетон).

Главные составляющие бетона – цемент и вода; в результате реакции между ними образуются цементный камень, который скрепляет зерна заполнителей в единый монолит. На структуру и свойства бетона влияют заполнители, они изменяют его пористость, время затвердевания, реакцию на воздействие нагрузки и внешней среды, а также значительно уменьшают деформацию бетона при затвердевании. Возможность получать бетон с разными свойствами с помощью разнообразных заполнителей, добавок и технологических приемов делают бетон главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства.

Бетон – это долговечный и огнестойкий материал, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять и придавать ему определенные свойства. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции нужной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ БЕТОНА

Бетон, как искусственный строительный материал, состоящий из воды, вяжущего вещества и заполнителей, известен с самой глубокой древности. Жители Междуречья использовали его при возведении своих жилищ и хозяйственных построек более 7000 лет назад. В сербском поселке Лапински Вир, что на берегу Дуная, в одной из хижин поселения каменного века, был обнаружен бетонный пол толщиной 25 см. Археологи датируют находку шестым тысячелетием до н.э.

Древние римляне вывели строительство из бетона на новый уровень – они оставили после себя не просто черепки и фундаменты зданий, а целые кварталы бетонных построек.

Даже сегодня не потеряли своей значимости конструктивные особенности римских бетонных дорог, полов, сводов и куполов. К сожалению, технология изготовления римского бетона была безвозвратно утрачена в Средние века.

Древний бетон, разумеется, отличался от современного. Главное отличие – в его составе не было цемента. Роль вяжущего вещества выполняли глина, гипс или известь.

Впервые вещество, приближенное по своим свойствам к нынешнему цементу, было получено англичанином Джеймсом Паркером в 1796 году.

Однако свойства нового материала, полученного в результате обжига глины с известью, были далеки от идеала, и строители остались верны старой доброй каменной кладке.

Тридцать лет спустя англичанин Джозеф Аспдин и наш соотечественник Егор Челиев независимо друг от друга объявили о создании цемента. В 1825 году Челиев даже выпустил книгу, обобщающую свои опыты – «Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель, или цемент, весьма прочный для подводных строений, как то: каналов, мостов, бассейнов и плотин, подвалов, погребов и штукатурки каменных и деревянных строений». Известно, что цемент, созданный Челиевым, был использован во время восстановления Кремля после пожара 1812 года. Тем не менее весь западный мир убежден, что пальма первенства в создании цемента единолично принадлежит Аспдину.

Интересно, что современный цемент в мешках, который мы покупаем в строительных супермаркетах, очень близок по свойствам тому самому портландцементу, полученному Аспдином и Челиевым почти 200 лет назад.

Изобретение цемента и дальнейшее его смешивание со щебнем (гравием), песком и водой, позволило получить инновационный строительный материал – бетон. Следующим этапом этой строительной революции, благодаря которой мы живем и работаем в прочных, относительно недорогих в изготовлении многоэтажных домах, было появление железобетона и железобетонных изделий (ЖБИ).

Вероятно, мы никогда не узнаем имя человека, впервые решившего совместить металлический остов и бетонный массив. В середине XIX века строители в Европе стихийно начали применять эту технологию, еще не подозревая об истинных свойствах полученного материала. В 1854 году прозорливый английский штукатурУильям Уилкинсон получил патент на тандемное использование железа и бетона, однако первым, кто досконально изучил и описал свойства ЖБИ, был французский подрядчик Франсуа Куанье. Он построил из железобетона сразу несколько зданий, а 1861 году выпустил книгу, в которой обобщил свои опыты. Четыре года спустя в Нью-Кастле был построен дом, полностью состоящий из железобетонных конструкций, а к концу 19 века эта технология распространилась по всей Европе и Америке.

По какой-то невероятной прихоти судьбы, ни Уилкинсон, ни Куанье не считаются изобретателями ЖБИ. Это почетное звание досталось простому садовнику Жозефу Монье. Летом 1861 года он обнаружил, что бочка, в которой было посажено апельсиновое дерево, треснула. Монье обтянул было бочку металлическими обручами, но от частых поливов они довольно скоро проржавели. Тогда изобретательный садовник обмазал всю конструкцию раствором – получилось и прочно, и красиво. Недолго думая, новатор побежал в патентное бюро и запатентовал «садовые кадки из железа и цементного раствора». Он бросил былое ремесло и с головой окунулся в железобетонное дело – поставил на поток производство кадок, построил первый железобетонный бассейн, взял патенты на резервуары и ЖБИ-трубы. В 1869 году Жозеф Монье начал производить железобетонные плиты перекрытия и перегородки и также запатентовал это изобретение. Так постепенно он снискал себе славу «короля ЖБИ» и изобретателя нового революционного строительного материала.

ПРОЧНОСТЬ БЕТОНА

Прочность бетона является важнейшей характеристикой, от которой зависят эксплуатационные параметры материала.

Правила испытания прочности бетона на сжатие, растяжение и изгиб определяются ГОСТ 18105-86. Одной из характеристик прочности бетона является коэффициент вариации (Vm), который характеризует однородность смеси. По ГОСТ 10180—67 предел прочности бетона при сжатии определяется при сжатии контрольных кубов с размерами ребер 20 см в 28-суточном возрасте — это так называемая кубиковая прочность. Призменная прочность определяется как 0,75 кубиковой прочности для класса бетона В25 и выше и 0,8 для класса бетона ниже В25.

Помимо ГОСТов, требования к расчётной прочности бетона задаются в СНиПах. Так, например, минимальная распалубочная прочность бетона незагруженных горизонтальных конструкций при пролете до 6 метров должна составлять не менее 70% проектной прочности, а свыше 6 метров – 80% проектной прочности 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.

ОДНОРОДНОСТЬ БЕТОНА

Однородность бетона по прочности наряду с другими факторами зависит от содержания и качества применяемых заполнителей, особенно если какие-либо свойства последних ограничивают получение бетона требуемой прочности. Поэтому однородность бетона обычно связывают с его прочностью, хотя имеющиеся опытные данные нередко противоречивы.

Повышение однородности бетона открывает возможность его более эффективного использования при требуемой обеспеченности его заданных параметров. Показатель однородности бетона вычисляют по результатам испытания контрольных образцов, изготовленных из рабочего бетона с одними и теми же заданными свойствами. Например, при исчислении показателя однородности по прочности учитывают результаты испытания равновозрастных, одинаковых по размерам и условиям хранения (одинаковая длительность хранения, одинаковые влажность и температура) образцов бетона одной и той же марки. Исчисление однородности по водонепроницаемости производится по результатам испытания одинаковых по толщине образцов, испытанных в одном и том же возрасте, одним и тем же методом.

Оценка однородности бетона согласно ГОСТ 18105 – 72 ( Бетоны. Контроль и оценка однородности и прочности) должна производиться по коэффициенту вариации. Для повышения однородности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, повышение уровня технологической дисциплины, автоматизация производства.

ПЛОТНОСТЬ БЕТОНА

Плотность бетона – очень непростая характеристика, так как при добавлении различных компонентов в смесь она либо увеличивается, либо уменьшается.

При застывании прочность бетона увеличивается, следовательно, увеличивается и его плотность, так как ненужная вода испаряется. Чтобы увеличить плотность бетона, можно сделать смесь на основе пуццоланового портландцемента, расширяющегося или глиноземистого цемента. При застывании в бетоне практически не образуются пустоты. Конечно, можно уменьшить количество воды и увеличить количество цемента в смеси, тогда и плотность бетона увеличиться, но здесь есть свои подводные камни — прежде всего, это сложности при укладке.

Плотность бетона также увеличивают добавки-пластификаторы. Помимо увеличения плотности бетона они улучшают общие характеристики готовой смеси. Если состав бетона соответствует ГОСТу, то и его плотность будет вполне известной величиной.

Если есть возможность, предпочтительнее покупать уже готовый бетон, изготовленный по ГОСТу, а не колдовать над его изготовлением самому, потому что не всегда мы можем добиться желаемого результата в таком деле, как строительство.

КЛАСС И МАРКА БЕТОНА

Бетоны маркируются согласно прочности на сжатие в кгс/см2. Прочность бетона при растяжении составляет только 5-10% от предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе – только 10-15% от предела прочности на сжатие. Бетон не течет. За стадией его упругой деформации следует разрушение.

 

Марка

бетона

М150 М200 М250 М300 М350 М400 М450 М500 М600 и выше
Используемая марка

цемента

М300 М300

М400

М400 М400

М500

М400

М500

М500

М600

М550

М600

М600 М600

 

В целом, предел прочности при растяжении возрастает с ростом прочности при сжатии (марки бетона), однако увеличение идет медленнее, чем нарастает прочность на сжатие. Таким образом, процентное отношение этих прочностей ниже для более высоких марок.

Класс бетона – это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Эта статистическая формулировка означает, что установленное свойство обеспечивается не менее чем в 95% случаев и лишь в 5% проб можно ожидать, что оно не будет выполнено.

Теоретически, существуют следующие классы бетонов: В1; B1,5; В2; B2,5; В3,5; B5; В7,5; B10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60.

Ниже приводится соотношение между классом и марками бетонапо прочности на сжатие при нормативном коэффициенте вариации равном 13,5%.

Класс бетона Средняя прочность данного класса Ближайшая марка бетона
кгс/см2 Н/мм2
В 3,5 46 4,5 М50
B 5 65 6,2 М75
В 7,5 98 9,5 М100
B 10 131 13 М150
В 12,5 164 16 М150
B 15 196 19 М200
В 20 262 25 М250
B 25 327 30 М350
В 30 393 36 М400
B 35 458 43 М450
В 40 524 50 М550
B 45 589 56 М600
В 50 655 63 М600
B 55 720 70 М700
В 60 786 76 М800
  • Марка бетона по прочности на сжатие характеризует сопротивление осевому сжатию (кгс/см2) эталонных образцов-кубов
  • Марка бетона по прочности на осевое растяжение характеризует сопротивление осевому растяжению (кгс/см2) контрольных образцов
  • Марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания
  • Марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания

МОРОЗОСТОЙКОСТЬ БЕТОНА

Морозостойкость – способность бетона в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без разрушения и без значительного снижения прочности.

При отрицательной температуре происходит кристаллизация воды с увеличением объема более чем на 9%. Невозможность отвода воды в свободные объемы пор приводит к избыточному внутреннему давлению на стенки пор и, как следствие, к возникновению растягивающих напряжений.

Снижение прочности бетона наблюдается лишь при водонасыщении бетона выше определенной величины – критического водонасыщения. Критическое водонасыщение – водонасыщение объема пор бетона, свыше которого обнаруживается относительное снижение его прочности в замороженном состоянии.

Единица измерения морозостойкости бетона.Морозостойкость бетона характеризуют соответствующей маркой по морозостойкости F. Она обозначает максимальное число циклов замораживания и оттаивания, которое может выдержать данный вид бетона 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%. ГОСТ 10060.0-95 устанавливает 11 марок бетона по морозостойкости – от F50 до F1000.

Причины изменения морозостойкости бетона. Установлено, что на морозостойкость бетона влияет более 190 факторов. Это делает нереальным точный расчет, поэтому марка бетона по морозостойкости представляет ориентировочную количественную оценку.

Морозостойкость бетона зависит от прочности на растяжение (с повышением прочности бетона на растяжение морозостойкость увеличивается); от характера пористости (морозостойкость повышается с уменьшением количества макропор и увеличением количества микропор в структуре бетона);от водоцементного соотношения (с понижением в/ц морозостойкость увеличивается);от минерального и вещественного состава цементов; от условий твердения бетона.

Процесс измерения морозостойкости бетона. Морозостойкость бетона определяют в соответствии с ГОСТ 10060.0 следующими методами:

  • базовый (ГОСТ 10060.1 )
  • ускоренный при многократном замораживании и оттаивании (ГОСТ10060.2)
  • ускоренные при однократном замораживании – дилатометрический (ГОСТ 10060.3) и структурно-механический (ГОСТ 10060.4)
  • ультразвуковой (ГОСТ 26134).

Так, по ГОСТ 10060.1 «Бетоны. Базовый метод определения морозостойкости» испытаниям подвергаются бетонные образцы в форме куба с ребром 100-200 мм. Для контрольных образцов бетона определяют прочность на сжатие, а основные образцы бетона перед испытанием насыщают водой по установленному режиму в течение четырех суток. Насыщенные водой основные образцы помещают в морозильную камеру, где они подвергаются попеременному замораживанию при -(18±2)°С в течение 2,5-5,5 часов и оттаиванию при +(18±2)°С в течение 2,0-5,0 часов. Число циклов испытания основных образцов бетона в течение одних суток должно быть не менее одного.

Марку бетона по морозостойкости принимают за соответствующую требуемой, если после определенного числа циклов переменного замораживания и оттаивания значение прочности на сжатие основных образцов для данной марки уменьшилось не более чем на 5 % по сравнению с прочностью на сжатие контрольных образцов.

Таким образом, при выполнении двух циклов испытаний в сутки по базовому методу для подтверждения марки морозостойкости F300 требуется свыше 5 месяцев.

По материалам с сайта carmix.pro

Категории
СтатьиСтроительство и реконструкция

Комментировать

*

*

Похожие