Бетон – это искусственный строительный материал, получаемый в результате смешивания и затвердевания специально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, заполнителей различного размера и воды. Зачастую может содержать в своём составе специальные добавки.
Вяжущим элементом могут выступать:
- цемент;
- полимерцемент;
- жидкое стекло.
Свойства бетона
Изначально это материал, обладающий грубой и неоднородной структурой. Однако производители по желанию заказчиков могут в процессе его изготовления задать необходимые свойства:
- прочностные;
- деформационные;
- физические.
Свойства по прочности подразумевают нормативные или необходимые расчетные характеристики при:
- сжатии;
- растяжении;
- сцеплении с арматурой.
Свойства по деформативности подразумевают происходящие изменения в процессе различного внешнего воздействия:
- сжимаемость или растяжимость под нагрузкой;
- ползучесть;
- усадка;
- набухание;
- температурные деформации.
Основные физические свойства бетона включают параметры по:
- водонепроницаемости;
- устойчивости к воздействию различных температур, коррозии, кислот и иных агрессивных сред;
- огнестойкости;
- теплопроводности;
- звукопроводности и прочие.
Классифицирующие характеристики
На физико-механические характеристики бетона оказывают непосредственное влияние:
- способ изготовления;
- вид вяжущего элемента;
- вид крупного заполнителя;
- вид мелкого заполнителя;
- вода.
Данные характеристики определяются структурой материала, которые создают определенные условия для его затвердевания.
С учетом требований по основным физическим свойствам бетон классифицируется по следующим направлениям:
I. Структура
Подразделяется на:
- плотный бетон – все свободное пространство между веществами заполнителя занимает затвердевшее вяжущее вещество;
- крупнопористый – свободное пространство между веществами заполнителя не полностью занято затвердевшим вяжущим веществом (обычно в нем мало песка или совсем нет его);
- поризованный – в свободном пространстве между веществами заполнителя находится затвердевшее вяжущее вещество со специальными добавками, в результате чего образуются специфические поры;
- ячеистый – в свободном пространстве между веществами заполнителя создаются искусственные замкнутые поры.
Прочность бетона напрямую зависит от повышения плотности его структуры. Подобрать требуемую заказчику плотность производитель может при помощи:
- выбора оптимального зернового состава;
- механического дополнительного уплотнения бетонной смеси во время изготовления;
- использования большего количества цемента;
- изменения в бетоне соотношения вода/цемент.
Более высокая марка цемента требует меньшего его количества для достижения необходимой прочности бетона.
II. Плотность
Измеряется соотношением массы материала на единицу объема. По степени средней плотности подразделяется на следующие категории:
- особо тяжелые – более 2500 кг/куб.м;
- тяжелые – 2200-2500 кг/куб.м;
- облегченные – 1800-2200 кг/куб.м;
- легкие – 500-1800 кг/куб.м.
III. Вид вяжущего элемента в бетоне
В качестве вяжущего элемента современные производители используют различные вещества, в соответствии с которыми он подразделяется на следующие виды:
- цементный;
- полимерцементный;
- силикатный на извести;
- гипсовый;
- смешанный;
- специальный с использованием разнообразных добавок.
IV. Вид заполнителя
В качестве заполнителя при изготовлении применяются:
- плотный естественный материал (гравий или щебень горных пород, кварцевый песок);
- пористый естественный материал (перлит, пемза, ракушечник);
- искусственный материал (керамзит, шлак);
- специальный материал, обеспечивающий стойкость бетона к различным термическим и химическим воздействиям.
Щебень является более дешевым материалом, способным быстрее обеспечивать заданную прочность.
Бетон подразделяется также на виды, исходя из применяемого в нем пористого заполнителя:
- керамзитобетон;
- шлакобетон;
- перлитобетон;
- пемзобетон и прочие.
V. Зерновой состав
Подразделяется на следующие виды:
- крупнозернистый, в котором применяются крупные и мелкие заполнители;
- мелкозернистый, в котором применяются только мелкие заполнители.
VI. Условия твердения
Подразделяется на следующие категории:
- естественного твердения;
- подвергнутый обработке в условиях атмосферного давления теплом и влагой;
- подвергнутый автоклавной обработке в условиях повышенного давления.
Бетон для железобетонных конструкций
В железобетонных конструкциях (ЖБК), применяемых в современном строительстве, бетоны подразделяются на следующие виды:
- Тяжелый. Данный вид бетона с плотной структурой изготовлен с применением цемента в качестве вяжущего элемента и крупнозернистых плотных заполнителей. Он затвердевает при любых условиях и имеет среднюю плотность 2200-2500 кг/куб.м;
- Мелкозернистый. Данный вид тяжелого бетона с плотной структурой изготовлен с применением цемента в качестве вяжущего элемента и мелких заполнителей. Он затвердевает при любых условиях и имеет среднюю плотность более 1800 кг/куб.м;
- Легкий. Данный вид крупнозернистого бетона с плотной поризованной структурой изготовлен с применением цемента в качестве вяжущего элемента и пористых заполнителей. Он затвердевает при любых условиях. При совпадении его основных физических свойств с тяжелым бетоном он применяется вместе с ним.
- Ячеистый. Данный вид бетона затвердевает при применении специальной обработки.
- Специальный напрягающий бетон.
По какой причине при создании железобетонных конструкций используют легкие и облегченные виды бетонов? Среди основных преимуществ их применения современные строители называют следующие возможности:
- уменьшение на 25-40% массы ЖБК;
- снижение стоимости ЖБК;
- улучшение звукоизолирующих характеристик ЖБК;
- повышение теплозащитных характеристик ЖБК;
- повышение сейсмологической устойчивости ЖБК;
- повышение огнестойкости ЖБК.
Легкие, ячеистые и поризованные виды бетона со средней плотностью менее 1400 кг/куб.м используют при создании железобетонных ограждений. Плотные мелкозернистые могут применяться вместе с тяжелыми видами, в качестве заполнения стыков и швов ЖБК. Особо тяжелые используют при строительстве специальных объектов, включая военные бункеры и атомные станции. Средняя плотность применяемого на таких объектах бетона составляет более 2500 кг/куб.м.
Основные физические свойства бетона
Водонепроницаемость материала характеризует возможности по защите от проникновения воды. Вода фильтруется в тяжелом бетоне и бетоне с пористыми заполнителями, поскольку у них соотношение вода/цемент > 0.2, и вся свободная вода при испарении создает поры в материале. Коэффициент фильтрации повышается при увеличении градиента напора. По этой причине при возведении напорных сооружений используют плотный бетон, в которых небольшой коэффициент фильтрации. Повысить плотность можно за счет использования специальных добавок. В ЖБК из-за дефектов структуры водонепроницаемость может значительно увеличиться.
Устойчивость к воздействию холодных температур (морозостойкость) заключается в возможности бетона в увлажненном состоянии не подвергаться разрушительному воздействию при его поочередном замораживании и оттаивании. Морозостойкий бетон способен выдержать от 50 таких меняющихся циклов. Основными факторами, оказывающими влияние на показатель морозостойкости, являются:
- соотношение вода/цемент;
- структура.
Устойчивость к воздействию высоких температур более 200°С (жаростойкость) заключается в способности бетона сохранять свою прочность в таких условиях. Под воздействием высоких температур происходит:
- обезвоживание цементного камня;
- деформация цементного камня;
- деформация заполнителей.
Таким способом термическое воздействие приведет к разрушению тяжелого бетона и использующего пористые заполнители. Именно по этой причине обычный бетон запрещается использовать в южных регионах с температурой более 50°С.
Повысить жаростойкость материала позволяет использование специальных заполнителей:
- базальт;
- хромит;
- шамот;
- доменные шлаки.
Использование в качестве вяжущего элемента следующих веществ может также повысить жаростойкость:
- глиноземистый цемент;
- портландцемент с добавками;
- жидкое стекло.
При охлаждении бетона его сцепление с металлическими элементами сохраняется, обеспечивая жаропрочность ЖБК.
На объектах, где планируется установка печей или тепловых агрегатов, рекомендуют использовать жаростойкий бетон.
Устойчивость к воздействию коррозии подразумевает способность бетона в процессе соприкосновения с внешней средой не вступать в химические реакции. Обычно для большинства бетонных конструкций не присущи экстремальные условия эксплуатации, поэтому коррозионные процессы не происходят. Появление жидкой или газообразной агрессивной среды может существенно снизить коррозионную стойкость материала.
Устойчивость к воздействию сверхвысоких температур более 1000°С (огнестойкость) означает способность бетона сохранять свои свойства в таких условиях. В ЖБК наиболее уязвимыми для пожара являются именно стальные элементы, поэтому для повышения их огнестойкости увеличивают на 3-4 см защитный слой бетона.
