Искусственные каменные материалы

Бетоны

Бетоны – искусственные камневидные материалы, получаемые в результате формования и твердения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси из вяжущего вещества, воды, мелкого (песка) и крупного (щебень или гравий) заполнителей. До затвердевания эта смесь называется бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющи­ми бетона; в результате реакции между ними получается цементный камень, скрепляющий зерна заполнителей. Зерна песка и щебня со­ставляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после смешивания бетонной смеси с водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки за­полнителей, придающей бетонной смеси подвижность (текучесть). Цементное тесто, твердея, связывает зерна заполнителей, и получает­ся искусственный каменный материал — бетон.

Для приготовления бетонной смеси используют водопровод­ную питьевую, а также любую воду, имеющую водородный показа­тель рН не менее 4, то есть не кислую. Природные воды для приго­товления бетона должны браться из мест, достаточно удаленных от места выпуска сточных вод, так как сточные воды, содержащие жи­ры, растительные масла, сахар, кислоты и др., нельзя использовать для приготовления бетонной смеси. Вода не должна содержать сульфа­тов более 2700 мг/л (в пересчете на SO₄) и всех солей более 5000 мг/л.

Морская вода и другие соленые воды, удовлетворяющие приведенным выше условиям, применяются для изготовления бетонной смеси, за исключением бетонирования внутренних конструкций жи­лых и общественных зданий, а также надводных железобетонных сооружений в жарких и сухих местах. Морские соли могут выступить на поверхность бетона и вызвать коррозию стальной арматуры.

При выборе вяжущего вещества учитывают требования, предъявляемые к бетону (прочность, морозостойкость, химическая стойкость и др.). На практике наиболее широко применяют порт­ландцемент марок 400...500. В последнее время все шире начинают применяться в строительстве бетоны с полимерами. Полимеры (поливинилацетат, латексы, водорастворимые смолы и др.) могут вводиться в бетон в различном количестве, что определяет классифика­цию подобных бетонов на четыре группы: цементно-полимерные бетоны, полимербетоны, бетонополимеры и бетоны, содержащие полимерные материалы (заполнители, дисперсную арматуру или микронаполнители).

Заполнители (песок, гравий, щебень) в большинстве случаев не вступают в химическое соединение с цементом и водой. Эти материа­лы образуют жесткий скелет бетона и уменьшают его усадку, вызы­ваемую усадкой цементного камня при твердении. Пористые заполнители уменьшают плотность и теплопроводность бетона.

В бетон могут вводиться специальные добавки, которые подразделяют на две группы.

К первой группе относятся химические вещества, добавляемые в бетон в небольшом (0,1—2 % массы цемента) количестве для изменения в необходимом направлении свойств бетонной смеси и бетона. Ко второй группе относятся тонкомолотые материалы, добавляемые в бетон в количестве 5...20 % и более для экономии цемента.

Химические вещества, добавляемые в бетон, классифицируют по основному эффекту действия:

1. Добавки, регулирующие свойства бетонных смесей:

пластифицирующие добавки (пластификаторы), т.е. увели­чивающие подвижность бетонной смеси;

стабилизирующие добавки, т.е. предупреждающие расслоение бетонной смеси;

водоудерживающие добавки, т.е. уменьшающие водоотделение;

2. Добавки, регулирующие схватывание бетонных смесей и твердение бетона:

добавки, ускоряющие или замедляющие схватывание;

добавки, ускоряющие и обеспечивающие твердение, в том числе при отрицательных температурах;

3. Добавки, регулирующие плотность и пористость бетоннойсмеси и бетона - воздухововлекающие, газо- и пенообразующие добавки, уплотняющие добавки для удаления воздуха и расширяющие добавки для снятия деформаций бетона;

4. Добавки, придающие бетону специальные свойства:
гидрофобизующие добавки, то есть уменьшающие смачивание бетона;

антикоррозийные добавки и ингибиторы коррозии стали;

антистарители, придающие бактерицидные и инсектицидные свойства;

красители.

К химическим веществам, добавляемым в бетон в качестве пластификаторов, относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ). В последнее время разработаны и внедряются в строительство новые химические добавки – суперпластификаторы (синтетические полимерные вещества), резко увеличивающие подвижность и текучесть бетонной смеси и существенно улучшающие строительно-технологические свойства бетона.

Тонкомолотые материалы (золы, молотые шлаки, отходы камнедробления и др.) используются как заменитель цемента, а также для придания бетону таких свойств, как жаростойкость, электропроводность, цвет и т.п.

Прочность бетона - одно из главных его строительных свойств. Она определяет способность бетона противостоять внешним механическим усилиям. Разрушение бетона под нагрузкой происходит в том случае, когда по всему сечению преодолевается предел прочности материала, т.е. сопротивление отрыву одних частиц от других. Разрушению предшествует появление микротрещин в местах концентрации напряжений, что ведет к постепенному ослаблению структуры бетона. При сжатии бетон разрушается от разрыва в на­правлении, перпендикулярном действующему усилию.

Общую классификацию бетонов производят по плотности, по структуре, по виду вяжущего и виду заполнителя, по условиям твердения и по назначению.

Плотность является главным классификационным признаком бетонов, так как с ней связаны его основные свойства - прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность и др. Плотность бетона зависит, главным образом, от плотности цементного камня, вида заполнителей и его структуры.

По плотности бетоны разделяются на пять видов:

1) особо тяжелый, содержащий такие тяжелые заполнители, как стальные опилки или зерна (стальбетон), железные руды или ба­рит (баритовый бетон); плотность этих бетонов выше 2600 кг/м³;

2) тяжелый (обычный), содержащий плотные заполнители (кварцевый песок, щебень или гравий из плотных каменных пород); плотность этого бетона 2100...2600 кг/м³;

3) облегченный, например, с кирпичным щебнем или крупнопо­ристый (беспесчаный); плотность 1800...2000 кг/м³;

4) легкий, содержащий пористые заполнители (шлак, пемзу, туф и т.п.), обычной плотной структуры или крупнопористый; его плот­ность 1200... 1800 кг/м³ (чаще 1300... 1500 кг/м³);

5) особо легкий, очень пористый, ячеистый (пенобетон, газобетон) или крупнопористый с легкими заполнителями; плотность меньше 1200 кг/м³ (чаще 500...800 кг/м³).

По структуре бетоны классифицируют на плотные, поризованные. ячеистые и крупнопористые бетоны.

По виду вяжущих веществ бетоны подразделяются на следую­щие виды:

цементные бетоны — на гидравлических вяжущих веществах (портландцементе и его разновидностях);

цементно-полимерные бетоны;

силикатные бетоны — на известковых вяжущих веществах в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами;

гипсовые бетоны — с применением гипсоангидритовых вяжущих веществ;

бетоны на шлаковых и специальных вяжущих материалах.

По виду заполнителя различают бетоны на плотных, пористых и специалъных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (защиты от излучений, жаро- и химически стойких и др.).

По условиям твердения бетоны подразделяют:

на твердеющие в естественных условиях;

на твердеющие в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении;

на бетоны автоклавного твердения в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного давления.

По условиям твердения (способу производства) различают бетоны с уплотнением вибрацией, трамбованные, литые, центрифугированные, подводного твердения, а также вибробетоны.

По назначению различают конструкционные и специальные бетоны.

К конструкционным бетонам относятся:

фундаментный (обычный) бетон, используемый для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, сво­ротов и др.);

гидротехнический бетон — для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и др.;

облицовочный бетон — для стен зданий и легких перекрытий (главным образом, легкий бетон);

теплоизоляционный особо легкий бетон (пено- и газобетоны);

дорожный бетон — для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий.

Специальные виды бетонов различают как жаро- и химически стойкие бетоны, декоративные бетоны, радиационно-защитные бетоны и др.

В зависимости от назначения бетоны должны удовлетворять следующим требованиям:

бетоны для обычных железобетонных конструкций должны иметь заданную прочность (главным образом, при сжатии); для сооружений, находящихся на открытом воздухе, должна обеспечиваться морозостойкость;

бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, достаточной прочностью, малой усадкой, малым выделением теплоты при твердении, стойкостью против вьщелачивающего действия фильтрующих вод и в ряде случаев стойкостью по отношению к действию минерализованных вод;

бетоны для стен отапливаемых зданий и легких перекрытий должны иметь небольшие плотность и теплопроводность, а также прочность в соответствии с проектным расчетом;

бетоны для полов должны характеризоваться малой изнашиваемостью и достаточной прочностью на изгиб, а бетоны для дорожных аэродромных покрытий — морозостойкостью.

Кроме того, ко всем бетонам и бетонным смесям предъявляются следующие общие требования:

до твердения бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться и укладываться (т. е. обладать подвижностью и удобоукладываемостью); не расслаиваться;

бетоны должны иметь определенную скорость твердения в со­ответствии с заданными сроками снятия опалубки с изделий или конструкций;

расход цемента должен быть минимальным.

При эксплуатации бетонных изделий и конструкций коррозия бетона вызывается, главным образом, разрушением цементного кам­ня и возникает в результате проникновения агрессивного вещества в толщу бетона. Коррозия бетона особенно интенсивна при постоянной фильтрации такого вещества.

Антикоррозионная защита изделий и конструкций из бетона обеспечивается увеличением его плотности, тщательным подбором состава, рациональной укладкой и уплотнением бетонной смеси, введением в эту смесь компонентов, повышающих коррозионную стойкость, и в удалении из нее веществ, способствующих коррозии. Широко используются защитные покрытия, изолирующие сооружение из бетона от внешней среды. Кроме того, изменяют состав среды, вводя в нее вещества, замедляющие коррозию, или удаляют компоненты, особоопасные в коррозионном отношении.