Загальні відомості про бетонах і їх властивості
Поняття про бетоні. Види бетонів. Бетон отримують в результаті затвердіння правильно підібраною суміші: в'яжучого речовини, води, дрібних і великих заповнювачів і в необхідних випадках спеціальних добавок.
Суміш цементу і води називають цементним тестом, а суміш його з піском і щебенем (або гравієм) - бетонною сумішшю. Цементне тісто служить клеєм, який, затвердевая, скріплює між собою зерна піску і щебеню (або гравію); в результаті цього укладена в форму бетонна суміш поступово перетворюється в штучний кам'яний матеріал - бетон.
Цемент в бетоні є сполучною, або, як зазвичай кажуть, в'язкою речовиною.
Пісок і щебінь (гравій) в процесах освіти бетону не беруть участь, тому їх називають наповнювачами чи інертними матеріалами. Розрізняють дрібні і великі заповнювачі. До дрібних відносять пісок і інші наповнювачі (наприклад, шлак, керамзит) із зернами розміром до 5 мм; до великих заповнювачів - щебінь (кам'яний, керамзитовий, шлаковий і ін.) і гравій із зернами розміром 5. 150 мм. Іноді в бетон укладають більші шматки каменю - «родзинки». Якщо суміш містить крім цементу і води тільки дрібні заповнювачі, то її називають цементним розчином.
Найбільшого поширення в будівництві має важкий бетон, що складається з суміші цементу і води з піском і гравієм або кам'яним щебенем. Щільність важкого бетону в затверділому стані становить 2200. 2500 кг / м3. Застосовують також дрібнозернисті бетони (без великого заповнювача - гравію або щебеню) середньою густиною понад 1800 кг / м3. Бетони щільністю 1800 кг / м3 і менше називають легкими (або теплими, так як вони мають низьку теплопровідність).
Основна відмінність легких бетонів від звичайних (важких) полягає в тому, що їх готують на легких заповнювачах, що мають пористу структуру (керамзит, перліт, гранульований шлак та ін.).
При будівництві атомних електростанцій для радіаційного захисту від атомних реакторів застосовують різні спеціальні бетони, зокрема особливо важкі щільністю 2800. 6000 кг / м3. Заповнювачами в них є залізна руда, сталевий або чавунний скрап і ін.
Міцність бетону. Основна вимога до бетону - набуття ним у певний термін (зазвичай в 28 днів) заданої міцності на стиск. Залежно від міцності на стиск бетон поділяють на класи:
важкі бетони з крупним заповнювачем - В3,5; Б5; В7,5; О 12; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60;
Дрібнозернисті бетони - від В3.5. В30 при дрібному піску до В40 при великому піску;
Клас бетону призначають в проекті споруди. Наприклад, якщо на кресленні вказано «клас бетону В20», то це означає, що міцність бетону при стисканні (через 28 днів) становить 20 МПа.
Важкі бетони класів до В7,5 включно застосовують тільки для.неармірованних конструкцій. Конструкції з попередньо напруженою арматурою виконують з важкого бетону класу не нижче В20 або з легкого бетону класу не нижче В15.
Міцність бетону залежить перш за все від якості складових матеріалів і складу бетону. Будівельна лабораторія підбирає компоненти бетону в такому співвідношенні, при якому міцність його була б не нижче заданої марки. Правильність підбору складу бетону перевіряють роздавлюванням на спеціальних пресах стандартних зразків (кубиків), виготовлених з бетону прийнятого складу і витриманих певний час після замішування (наприклад, 7 або 28 днів).
Розглянемо докладніше ті умови, від яких залежить міцність бетону.
Якість цементу. Чим вище міцність (активність) цементу, тим вище буде і міцність бетону. Чим швидше твердне цемент, тим швидше буде наростати міцність бетону.
Кількість цементу, що витрачається на 1 мг бетону. Найкращий показник міцності має бетон з таким витратою цементу, при якому густе цементне тісто заповнює всі порожнечі в піску і обволікає тонким шаром частинки піску, а цементно-піщаний розчин заповнює всі порожнечі в крупному заповнювачі.
Кількість води. При одному і тому ж кількості цементу міцність бетону буде тим менше, чим більше в ньому міститься води. Це пояснюється наступним. Для твердіння бетону необхідно кількість води, що дорівнює приблизно 20% маси цементу (так, наприклад, при витраті цементу 220. 250 кг на 1 м3 бетону потрібно 45. 50 л врди), але при такій кількості води бетонна суміш виходить занадто сухий, її не можна досить рівномірно перемішати і щільно вкласти, тому практично доводиться додавати в 3. 4 рази більше води (близько 160. 180 л на 1 м3). Зайва вода в міру твердіння випаровується, залишаючи пори (порожнечі). Чим більше води було додано в бетонну суміш при її приготуванні, тим більше часу утворюється в затверділому бетоні і тим менше через це буде його міцність.
Якість заповнювачів - їх чистота, форма і зерновий склад (кількість зерен різної крупності і максимальна крупність зерен). Неправильна форма зерен і шорстка поверхня сприяють кращому зчепленню цементного тесту з наповнювачами та створення більшої міцності; округла форма і окатана поверхню міцність зменшують. Забрудненість наповнювачів, яка погіршує зчеплення їх з цементним тестом, також знижує міцність бетону.
Якість перемішування. Воно залежить від способу і тривалості перемішування. Недостатнє перемішування сильно знижує міцність бетону.
Порядок укладання бетонної суміші в конструкцію. При перервах в укладанні бетонної суміші велике значення має спосіб обробки поверхні стику бетону, покладеного після перерви з покладеним до перерви. Недотримання правил обробки поверхні (очищення, насічка, промивка) сильно знижує міцність стику.
Ущільнення бетонної суміші. Бетон, ущільнений у вигляді суміші вібраторами, має на 10. 30% більшу міцність, ніж бетон, ущільнений вручну.
Вік бетону. Міцність бетону зростає разом з його віком та особливо швидко в початковому віці (до 28 днів). Міцність продовжує наростати більш повільно протягом ряду років.
Умови твердіння. Найбільшу міцність бетон отримує при твердінні у вологому середовищі. Навпаки, твердіння в сухому і жаркому повітрі може привести в отриманню низькоякісного бетону.
Знижена температура уповільнює наростання міцності, а при температурі нижче нуля твердіння бетону припиняється.
Замерзання призупиняє процес твердіння бе
тони, але по відтаванні процес триває. бетон ті
ряется міцність, якщо він замерз до досягнення нею «кри
тичної міцності ». Ще більш шкідливими, ніж раніше
тимчасове замерзання, є поперемінні замерз
ня і відтавання свіжого бетону, в результаті чого бе
тон в деяких випадках може навіть втратити спосіб
Щільність бетону. У технології бетону під щільністю розуміють ступінь заповнення всього обсягу бетону твердою речовиною (отверділим цементним тестом і наповнювачами). Наприклад, якщо щільність бетону має значення 0,85, то це означає, що 85% обсягу становлять що входять до нього матеріали, а 15 ° / о -Пора, що утворилися головним чином внаслідок випаровування перебувала в бетоні води.
У нормах на проектування бетонних і залізобетонних конструкцій під щільністю бетону розуміється його об'ємна маса в кг / м3, що характеризує його марку по щільності.
Щільність є одним з найважливіших властивостей бетону. Від неї залежать його міцність, водонепроникність, морозостійкість (див. Нижче), а отже, і довговічність. -
Морозостійкість бетону. Її характеризує здатність бетону, який досяг проектної міцності, не руйнуватися під дією замерзання і відтавання. Морозостійкість перевіряють спеціальними випробуваннями стандартних зразків на багаторазове заморожування і відтавання. Число випробувань в залежності від марки бетону по морозостійкості встановлює ГОСТ.
В результаті випробувань міцність бетону повинна знизитися не більше ніж на 25%, а втрата маси зразка - не перевищувати 5%. По морозостійкості важкий бетон поділяють на марки F50. F150.
Водонепроникність бетону. Вимоги водонепроникності пред'являють до бетонів, що застосовуються при будівництві резервуарів і гідротехнічних споруд. При випробуванні на водонепроникність зразки певної форми і розмірів піддають тиску води і встановлюють то найбільше значення, при якому ще не спостерігають просочування води через зразок.
За водонепроникності важкий бетон поділяють на марки W2. W12.
Усадка бетону. Твердіння бетону завжди супроводжується зміною його обсягу: на повітрі бетон висихає і дає усадку, у воді він трохи розбухає. Так як .усиханіе бетону зовні відбувається швидше, ніж усередині, то виникає нерівномірна усадка, що викликає появу дрібних тріщин. Нерівномірність усадки можна зменшити регулярної поливанням і укриттям поверхні бетону. Усадка тим більше, чим жирніше бетон, т. Е. Чим більше в ньому цементу, і чим пластичнее бетонна суміш, т. Е. Чим більше в ній води. Найбільшу усадку дає бетон, твердне в повітряно-сухих умовах при нестачі вологи.
Виділення тепла. При твердінні бетон виділяє тепло, внаслідок чого в масивних конструкціях (наприклад, в греблях, великих фундаментах і т. П.) На-. Спостерігається тривале підвищення температури бетону навіть при низькій температурі навколишнього повітря. При виробництві зимових робіт підвищення температури укладеного бетону через виділення тепла дозволяє вести бетонування ряду конструкцій без обігріву.
Температурні деформації бетону. Бетон підпорядковується загальному закону розширення і стиснення тіл при зміні температури. Коефіцієнт лінійного розширення бетону становить в середньому 0,00001. Це означає, що на кожні 10 м довжини бетон або розширюється (подовжується) на 1 мм при підвищенні температури на 10 °, або стискається (коротшає) на 1 мм при зниженні температури на 10 °. При великих розмірах бетонних і залізобетонних споруд температурні деформації стають настільки значними, що можуть вплинути на міцність споруди. Щоб зменшити цей вплив, спорудження розрізають по довжині на кілька ділянок температурними швами. Якщо, наприклад, спорудження забетоновано влітку при температурі 20 ° С і відстань між температурними швами прийнято близько 40 м, взимку при температурі -20 ° в шві може утворитися зазор шириною до 15 мм.