6.1 Бетон та його різновиди

Бетон - штучний камінь, одержаний у результаті формування й твердіння раціонально підібраної суміші в'яжучої речовини, води й заповнювачів (піску й щебеню або гравію). Суміш цих матеріалів до затвердіння називають бетонною сумішшю. Зерна піску й щебеню становлять кам'яний кістяк у бетоні. Цементне тісто, що утворюється після замішування бетонної суміші водою, обволікає зерна піску й щебеню, заповнює порожнечі між ними й відіграє роль змащення заповнювачів, що надає бетонної суміші рухливості. Цементне  тісто, тверднучи, зв'язує зерна заповнювачів, утворюючи штучний камінь бетон.

Одержання бетону високої якості можливо тільки при:

- глибокому знанні технології його приготування;

- умілому підборі складових матеріалів належної якості й в оптимальних співвідношеннях;

- оптимальних режимах приготування бетонної суміші, методах її укладання й ущільнення;

- умовах твердіння, що забезпечують одержання бетонних конструкцій високої міцності, довговічності й низької вартості.

Бетон є одним з найважливіших матеріалів у всіх областях сучасного будівництва. Це обумовлено:

- широким діапазоном його властивостей;

- можливістю виготовлення найрізноманітніших за формою й розмірами довговічних будівельних конструкцій;

- можливістю повної механізації бетонних робіт;

- економічністю бетону (80-85 % його об’єму становлять заповнювачі з місцевих кам'яних матеріалів).

Класифікація бетонів

Бетони класифікують за наступними ознаками: густиною, міцністю, довговічністю, виду в'яжучої речовини й заповнювачів й за призначенням.

Основною вважається класифікація бетону за густиною, у результаті чого бетон поділяють на особливо важкий густиною більше 2500 кг/м3, важкий - 2200-2500 кг/м3, полегшений - 1800-2200 кг/м3, легкий — 500-1800 кг/м3, особливо легкий (ніздрюватий теплоізоляційний) - менше 500 кг/м3 .

Залежно від розмірів застосовуваного заповнювача бетони бувають на дрібнозернистому (до 10 мм) і грубозернистому (10-150 мм) заповнювачі.

Важливими показниками якості бетону є його міцність і довговічність. За показниками міцності при стиску бетони мають наступні марки: важкі бетони - М50 - 800, легкі - М25 - 400. Відповідно до стандарту бетони, призначені для будинків і споруд, ділять на 19 класів (В1; В1,5; В2; ... й В60), основною контрольованою характеристикою яких є міцність при стиску кубів розміром 150х150х150 мм і відповідно циліндрів розміром 150x300 мм. Крім того, контрольованими характеристиками є міцність на розтягання, морозостійкість і водонепроникність. Довговічність бетону оцінюють ступенем морозостійкості. За цим показником бетони ділять на марки: для важких бетонів - Мрз50-500, легких бетонів - Мрз15-500.

За видом в'яжучої речовини бетони бувають: цементні, виготовлені на гідравлічних в'яжучих речовинах — портландцементі і його різновидах; силікатні — на вапняному в'яжучому в сполученні із силікатними або алюмінатними компонентами; гіпсові — із застосуванням гіпсоангідритовіх в'яжучих; бетони на неорганічих й органічних в'яжучих матеріалах.

Важкі бетони виготовляють на цементі й звичайних щільних заповнювачах, а легкі - на цементі із застосуванням природних або штучних пористих заповнювачів.

Різновидом легкого бетону є ніздрюватий бетон, що являє собою отверділу суміш в'яжучого, води й тонкодисперсного кремнеземистого компонента. Він відрізняється високою пористістю - до 80-90 % з рівномірно розподіленими порами розміром близько 3 мм. Силікатні бетони одержують із суміші вапна й кварцового піску з наступним твердінням сформованих виробів в автоклаві при тиску 0,8-1,2 МПа й температурі 170-200 °С.

За видом заповнювача розрізняють бетони: на щільних заповнювачах, пористих, спеціальних, які задовольняють спеціальні вимоги (захист від випромінювань, жаростійкість, хімічна стійкість і т.п.).

За призначенням бетон буває таких видів:

- звичайний — для бетонних і залізобетонних несучих конструкцій будинків і споруд (колони, балки, плити тощо);

- гідротехнічний — для гребель, шлюзів, облицювання каналів та ін.; для стін будинків і легких перекриттів; для підлог і дорожніх покриттів і підвалин;

- спеціальний — кислототривкий, жаротривкий, особливо важкий для біологічного захисту;

- особливо важкий на цементі із застосуванням спеціальних видів заповнювачів високої щільності (руди, металеві стрижні або обпилювання).

Матеріали для важкого бетону

Важкий бетон, застосовуваний для виготовлення фундаментів, колон, балок, пролітних будов мостів та інших несучих елементів і конструкцій промислових і житлових будинків й інженерних споруд, повинен мати певну міцність у заданий строк твердіння, а бетонна суміш мусить бути зручною в укладанні й економічна. При використанні в незахищених від зовнішнього середовища конструкціях бетон повинен мати підвищені щільність, морозостійкість і корозійну стійкість. Залежно від призначення й умов експлуатації бетону в спорудах ставляться відповідні вимоги до його складових матеріалів, які визначають його склад і властивості, впливають на технологію виробництва виробів, їх довговічність й економічність.

Міцність бетону при стиску залежить від активності цементу, водо-цементного відношення, якості заповнювачів, ступеня ущільнення бетонної суміші й умов твердіння. Основними факторами при цьому є активність цементу й водо-цементне відношення. Цементи високої активності дають більш міцні бетони, однак при одній і тій же активності цементу можна одержати бетон різної міцності залежно від зміни кількості води в суміші. Ця залежність була встановлена в 1895 р. проф. І. Г. Малюгою.

Для одержання легкоукладальної бетонної суміші відношення води до цементу звичайно приймають В/Ц = 0,4-0,7, тоді як для хімічної взаємодії цементу з водою потрібно не більше 20 % води від маси цементу. Надлишкова вода, що не вступила в хімічну взаємодію із цементом, випаровується з бетону, утворюючи в ньому пори, що веде до зниження щільності й міцності бетону. Виходячи з цього, міцність бетону можна підвищити шляхом зменшення водо-цементного відношення й посиленого ущільнення. Всебічні дослідження вчених (Н.М. Бєляєва, Б.Г. Скрамтаєва та ін.) розширили й уточнили висновки І. Г. Малюги про вплив різних факторів на властивості бетону й установили залежності, представлені у вигляді формул:

В/Ц > 0,4 (В/Ц < 2,5)     RБ = AR (Ц/В - 0,5);                                           (6.1.1)

В/Ц < 0,4 (Ц/В > 2,5) RБ = A1 R (Ц/В + 0,5),                                                 (6.1.2)

де RБ - межа міцності бетону при стиску у віці 28 діб нормального твердіння, Па;

R — активність цементу, Па;

Ц/В – водо-цементне відношення - відношення маси цементу до маси води в одиниці об'єму бетонної суміші за винятком води, яку поглинають заповнювачі;

А,А1 — безрозмірні коефіцієнти, що залежать від якості використовуваних матеріалів, насамперед заповнювачів.

До високоякісних матеріалів належать щебень із щільних гірських порід високої міцності, пісок оптимальної крупності (заповнювачі повинні бути чисті, промиті, фракціоновані, з оптимальним зерновим складом суміші фракцій) і портландцемент високої активності без добавок або з мінімальною кількістю гідравлічної добавки.

До рядових матеріалів належать заповнювачі середньої якості, в тому числі гравій, портландцемент середньої активності або високомарочний шлакопортландцемент. Матеріали зниженої якості - великі заповнювачі низької міцності й дрібні піски, заповнювачі, що відповідають зниженим вимогам і цементи низкої активності.

Цемент. Для приготування важких бетонів застосовують портландцемент, пластифікований портландцемент, портландцемент із гідравлічними добавками, шлакопортландцемент, швидкотверднучий портландцемент (БТЦ) тощо.

Цемент вибирають з урахуванням вимог до бетону (міцності, морозостійкості, хімічній стійкості, водонепроникності та ін.), а також технології виготовлення виробів, їх призначення і умов експлуатації. Марку цементу рекомендується вибирати залежно від проектованої марки бетону при стиску:

Марки бетону: 100    150    200    250    300    400    500    600    700    800.

Марки цементу в розчині: 300     400    500    600.

Вода для замішування і поливання бетону застосовується питна, а також будь-яка вода, що не містить шкідливих домішок, (кислот, сульфатів, жирів, рослинних масел, цукру), які перешкоджають нормальному твердінню бетону. Не можна застосовувати води болотні й стічні, а також води, забруднені шкідливими домішками, що мають водневий показник рН менше 4 й з сульфатами (в розрахунку на іон S042- не більше 2700 мг/л) і всіма іншими солями в кількості більше 5000 мг/л. Морську та іншу воду, що містить мінеральні солі, можна застосовувати, якщо загальна кількість солей у ній не перевищує 2 %. Придатність води для бетону встановлюють хімічним аналізом і порівняльними випробуваннями міцності бетонних зразків, виготовлених на даній воді й на чистій питній воді й випробуваних у віці 28 діб при зберіганні в нормальних умовах. Воду вважають придатною, якщо виготовлені на ній зразки мають міцність не менше, ніж у зразків на чистій питній воді.

Добавки застосовують для поліпшення властивостей бетонів і розчинів. За видом й призначенням добавки можна розділити на такі групи: прискорювачі твердіння, поверхнево-активні, піно- і газоутворювачі, комбіновані, спеціальні. Звичайно використовують заповнювачі середньої якості, в тому числі гравій, портландцемент середньої активності або високомарочний шлакопортландцемент. Матеріали зниженої якості — великі заповнювачі низької міцності й дрібні піски, заповнювачі, що відповідають зниженим вимогам і цементи низкої активності.

Властивості бетону

Водонепроникність бетону характеризується найбільшим тиском води, при якому вона ще не просочується через зразки. Щільний бетон при дрібнопористій структурі й достатній товщині конструкції є практично водонепроникним, причому  не тільки для води, але й для рідких нафтових продуктів грузлої консистенції - мазуту й важкої нафти. З метою захисту бетонних і залізобетонних споруд, призначених для зберігання важких нафтопродуктів, поверхні споруд покривають рідким склом, а від проникання легких і рідких нафтових продуктів (бензину, гасу та ін.) застосовують спеціальні бензинонепроникні мембрани, поверхневі покриття - плівки із пластмас або виготовляють бетон на непроникному для зазначених рідин цементі, що розширюється.

За водонепроникністю бетон ділять на чотири марки: В2, В4, В6 й В8, що витримують відповідно тиск 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 МПа. У більш тонких конструкціях домагаються високої водонепроникності бетону використанням гідрофобного цементу, а також застосуванням водоізоляційних покриттів, які наносять на поверхню пневматичним способом (торкретуванням).

Морозостійкість є одною з головних вимог до бетону, який застосовують в гідротехнічних спорудах, дорожніх покриттях, опорах мостів та інших подібних конструкціях. Морозостійкість характеризується найбільшим числом циклів поперемінного заморожування і відтавання, які здатні витримувати зразки 28-добового віку без зниження межі міцності при стиску більш ніж на 15 % і без втрати в маси більше 5 %. ДСТУ 10060-76 на важкий бетон, у тому числі й на гідротехнічний, встановлює п'ять марок по морозостійкості: Мрз 50,100,150, 200 й 300. Марку бетону за морозостійкістю вибирають залежно від кліматичних умов (числа змін рівня води на омиваній поверхні бетону або числа змін заморожування і відтавання за зимовий період). Морозостійкими виявляються, як правило, бетони високої щільності. Не менш важливу роль у морозостійкості бетону відіграє морозостійкість заповнювачів. Марка заповнювачів за морозостійкістю повинна бути не нижче цього показника для бетону.

Встановлено, що при невеликому і короткочасному навантаженнях для бетону характерна пружна деформація. Якщо напруження перевершує 0,2 від межі міцності, то спостерігається помітна залишкова (пластична) деформація. Повну деформацію можна представити як суму пружної й пластичної деформацій (Еп + - Е/г).

Види бетонів

Жаростійкі бетони мають класи від В2,5 до В50, середню густину від 600 до 2800 кг/м3, залишкову міцність від 30 до 100 %, температурну усадку 0,1-1 %.

Дрібнозернисті можуть мати класи за міцністю В 7,З-50 і відрізняються при даній міцності підвищеною на 30—50 % витратою цементу, зниженим (на 30 %) модулем пружності, підвищеною усадкою і повзучістю. Для їх приготування використовують цементи марок 400 й 500 і грубозернисті піски. Дрібнозернисті бетонні суміші відрізняються поліпшеною формовність. Їх застосування для виготовлення малогабаритних однотипних виробів (тротуарних плит, бордюрних каменів).

Дисперсно-армовані бетони відрізняється високою корозійною стійкістю, що дозволяє застосовувати їх не тільки для економії сталі, але й підвищення довговічності тонкостінних конструкцій, які працюють в агресивних умовах.

Полімербетони хімічно стійкі, використовуються в нафтохімії, чорній й кольоровій металургії замість кольорових металів і легованих сталей. Міцність полімербетонів 50-100 МПа, водопоглинання - не більше 0,1 %, усадка - не більше 0,2 %, морозостійкість - 300-500 циклів.

Бетонополімери одержують просоченням затверділого бетону різними мономерами. Найбільш доцільне й ефективне поверхневе просочення бетону з метою підвищення довговічності й непроникності конструкцій методом термополімерізациії.

Полімерцементні бетони одержують додаванням до суміші невеликої кількості добавок (до 3 %) полімерних водорозчинних смол, поліетиленової емульсії або різних латексів. Вони відрізняються підвищеною стійкістю проти динамічних й агресивних впливів і довговічністю.

Шлаколужні бетони одержують на основі тонкомолотих гранульованих шлаків з питомою поверхнею 2500—3000 см2/г й активізаторів твердіння (сода, поташ, рідке скло) у сполученні зі звичайними заповнювачами, великими й дрібними або тільки дрібними. Витрати мелених шлаків 200—600 кг/м3, соди 5—10 % від маси шлаків, вони зростають зі збільшенням класу бетону (від В15 до В60). При цьому потрібне точне дозування лужних компонентів.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я