Общие сведения о бетоне

1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ  О БЕТОНЕ 

Бетоном называется искусственный камень, получаемый в  результате твердения рационально  подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называется 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 вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень — бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называется железобетоном.

Классифицируют  бетоны по следующим главнейшим признакам: объемному весу, виду вяжущего вещества, прочности, морозостойкости и назначению. 

Основной  считается классификация по объемному  весу. Бетон делят на особотяжелый объемным весом более 2500 кг/м", тяжелый  — объемным весом от 1800 до 2500 кг/м3 включительно, легкий — объемным весом от 500 до 1800 кг!к3 включительно,-особолегкий — объемным весом менее 500 кг/'м3.

В зависимости  от наибольшей крупности применяемых  заполнителей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем наибольшей крупности 10—150 мм.

Важнейшими  показателями качества бетона являются его прочность и долговечность. По показателям прочности при  сжатии бетоны подразделяются на марки  R в кГ/сль2. Тяжелые бетоны на цементах и обычных плотных заполнителях имеют марки 100—600, особотяжелые бетоны 100—200, легкие бетоны на пористых заполнителях 25—300, ячеистые бетоны 25—200, плотные силикатные бетоны 100—400 и жаростойкие бетоны 100—400.

Долговечность бетонов оценивается степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны разделяют на марки морозостойкости Мрз: для тяжелых бетонов Мрз 50—300  и  для легких бетонов Мрз 10—200.

По виду вяжущего вещества различают бетоны:

цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих  веществах — портландцементах и его разновидностях; силикатные — на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами; гипсовые — с применением гипсоангидритовых вяжущих; бетоны на органических вяжущих материалах.

В настоящей  главе рассматриваются бетоны на минеральных вяжущих веществах.

Тяжелый бетон изготовляют на цементе  и обычных плотных заполнителях, а легкий — на цементе с применением  естественных или искусственных  пористых заполнителей. Разновидностью легкого бетона является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя. Он отличается высокой пористостью (до 80—90%) при равномерно распределенных мелких порах. Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим твердением сформованных изделий в автоклаве при давлении 9—16 атм (изб.) и температуре 174,5—200° С. 

По назначению бетон бывает следующих видов:

обычный — для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки, плиты);

гидротехнический  — для плотин, шлюзов, облицовки  каналов и др.;для зданий и легких перекрытий; для полов и дорожных покрытий и оснований;

специального  назначения: кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты. Последние изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокого объемного веса. 

Строительным  раствором называют искусственный  каменный материал, получаемый в результате затвердения рационально подобранной  смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и мелкого заполнителя — песка. Таким образом, раствор отличается от бетона тем, что в нем отсутствует крупный заполнитель (щебень или гравий). По своему составу строительный раствор является мелкозернистым бетоном, и ему свойственны закономерности, которые присущи бетонам. 

По виду вяжущего   вещества   различают   строительные   растворы:

цементные, приготовленные на портландцементе  или его разновидностях;

известковые, вяжущим в которых является воздушная  или гидравлическая известь;

гипсовые, получаемые на основе гипсовых вяжущих веществ-— строительного гипса, ангидритовых вяжущих. Важнейшими свойствами строительных растворов являются прочность, а растворных смесей — подвижность и водоудерживающая способность,

Прочность затвердевшего раствора, так же как и бетона, зависит от двух основных факторов: активности вяжущего вещества и величины цементоводного отношения.

Эта формула  верна для растворов, уложенных  на плотное основание; при пористом основании, которое отсасывает из раствора воду и уплотняет этим раствор, прочность увеличивается примерно в 1,5 раза. 

Железобетон представляет собой строительный материал, в котором выгодно сочетается совместная работа бетона и стали. Идея сочетания в железобетоне этих двух крайне отличающихся механическими свойствами материалов базируются на следующем. Бетон, как и всякий каменный материал, хорошо сопротивляется сжимающим нагрузкам, но слабо противодействует растягивающим напряжениям: прочность бетона при растяжении примерно в 10—15 раз меньше прочности при сжатии. В результате этого бетон невыгодно использовать для изготовления конструкций, в которых возникают растягивающие напряжения. Сталь же, обладая очень высоким пределом прочности при растяжении, способна воспринимать растягивающие напряжения, возникающие в железобетонном элементе. Наиболее выгодно применять железобетон для строительных элементов, подверженных изгибу. При работе таких элементов возникают два противоположных напряжения—-растягивающие и сжимающие. При этом сталь воспринимает перЕые, а бетон — вторые напряжения и железобетонный элемент в целом успешно противостоит изгибающим нагрузкам. Таким образом, сочетается работа бетона и стали в одном материале — железобетоне.

В зависимости  от способа армирования и состояния  арматуры- различают железобетонные изделия с обычным армированием и с предварительно напряженной арматурой. В основу классификации сборных железобетонных изделий положены следующие отличительные признаки: вид армирования, объемный вес и вид бетона, внутреннее строение и назначение.

По виду армирования железобетонные изделия  подразделяются на предварительно напряженные  и с обычным армированием, т. е. без предварительного напряжения.

По объемному  весу применяемых бетонов различают  изделия, изготовленные: из особотяжелых бетонов объемным весом более 2500 кг/м3; из тяжелых бетонов объемным весом от 1800 до 2500 кг/м3; из легких бетонов объемным весом от 500 до 1800 кг/м3; из особолегких (теплоизоляционных) бетонов объемным весом менее 500 кг/м3. 

По виду бетонов и применяемых в бетоне вяжущих получают изделия: из цементных бетонов — тяжелых на обычных плотных заполни-тйлях, из особотяжелых бетонов и легких бетонов на пористых заполнителях; из силикатных бетонов — плотных (тяжелых) или легких на пористых заполнителях на основе извести или смешанном вяжущем; из ячеистых бетонов — на цементе, извести или смешанном вяжущем; из специальных бетонов—жаростойких, химически стойких, декоративных, гидратных. 

По внутреннему  строению изделия могут быть сплошными  и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида — однослойные или двухслойные и многослойные, изготовленными из бетона разных видов или с применением различных материалов, например теплоизоляционных. 

В эту  группу входят искусственные каменные необожженные изделия, которые получают из растворных или бетонных смесей на основе минеральных вяжущих веществ в процессе их формования и последующего затвердевания. В качестве заполнителей применяют кварцевый песок, пемзу, шлак, золу, древесные опилки. Для повышения прочности изделий на изгиб их армируют, используя для этой цели волокнистые материалы — асбест, древесину (в виде шерсти, дробленых отходов), бумажную макулатуру, листовую бумагу и др. 

Искусственные каменные изделия можно разделить  на следующие четыре группы по виду минерального вяжущего: 

1)         гипсовые и гипсобетонные; 

2)         силикатные, получаемые на основе  извести с кремнеземистыми заполнителями; 

3)         на основе магнезиальных вяжущих; 

4)         асбестоцементные, изготовляемые на   основе   портландцемента с  добавкой асбеста. 

Изделия на основе гипса можно получать как  из гипсового теста, т. е. из смеси  гипса и воды, так и из смеси  гипса, воды и заполнителей. В первом случае изделия называют гипсовыми, а во втором — гипсобетоннымн. 

Вяжущими  для изготовления гипсовых и гипсобетонных изделий в зависимости от их назначения служат строительный или высокопрочный гипс, водостойкие гипсо-цементно-пуццолановые смеси, а также ангидритовые цементы. В качестве заполнителей в гипсобетоне применяют кварцевый песок, пемзу, туф, топливные и металлургические шлаки, а также легкие пористые заполнители промышленного изготовления (шлаковая пемза, керамзитовый гравий, агломерат и др.). Органическими заполнителями (их называют еще наполнителями) являются древесные опилки, стружка или Шерсть, бумажная макулатура, стебли или волокно камыша, льняная костра и др. 

Для получения  высокопористых теплоизоляционных  гипсовых изделий (газогипса) в состав гипсовой массы вводят газообразующие добавки— разбавленную серную кислоту, углекислый кальций, едкий натр и перекись водорода, при взаимодействии которых с гипсом выделяется газ, вспучивающий гипсовую массу  

Основное  назначение наполнителей — сократить  расход вяжущих материалов при изготовлении изделий, т. е. снизить их себестоимость. Наполнители вводят также для снижения или увеличения веса изделий, улучшения гвоздимости, уменьшения хрупкости, повышения тепло- и звукоизоляционных свойств. На основные виды заполнителей установлены государственные стандарты и технические условия, в которых приведены нормы требований и важнейшие качественные показатели материалов. 

Известь. В производстве силикатобетонных автоклавных изделий применяют известь в виде молотой кипелки, пушонки, а также частично загашенного материала. Известь должна характеризоваться средней скоростью гидратации, умеренным экзотермическим эффектом, быть раЕномерно обожженной и отличаться постоянством своих свойств, не содержать более 5% MgO, а время ее гашения не должно превышать 20 мин. По другим показателям известь должна удовлетворять требованиям технических условий. Недожог извести влечет повышенный ее расход, однако частичное присутствие известняка не только не ухудшает качества изделий, но далее повышает их прочность. Пережог замедляет скорость гидратации извести и вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других дефектов, поэтому для производства автоклавных силикатных изделий его содержание недопустимо. 

Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый, в  виде смеси немолотого и тонкомолотого, а также грубомоло-тый. Песок для силикатных автоклавных изделий должен содержать кремнезема SiO2 не менее 70%; наличие примесей отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность изделий, ее содержание в песке не должно превышать 0,5%; органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность; ограничивается содержание в песке и сернистых примесей — не более 1% в пересчете на.БОз. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10% — они не только не понижают качество силикатных изделий, но и повышают удобоукладываемость сырьевой смеси; крупные включения глины снижают качество изделий. Зерновой состав, форма и характер поверхности зерен также оказывают большое влияние на качество изделий: лучшее сцепление обеспечивают зерна с шероховатой поверхностью и предпочтительными являются горные пески. Прочность изделий зависит от их плотности, т. е. от количества пустот в песке. Максимальная плотность достигается при смешивании зерен песка различных размеров. 

Вода  должна быть чистой, не содержать вредных примесей.