Бетоны. ЖБИ

Бетонные и железобетонные работы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общие сведения о бетонах и их свойствах

Понятие о бетоне. Виды бетонов. Бетон получают в результате затвердения правильно подобранной смеси: вяжущего вещества, воды, мелких и крупных заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок.

Смесь цемента и воды называют цементным тестом, а смесь его с песком и щебнем (или гравием) — бетонной смесью. Цементное тесто служит клеем, который, затвердевая, скрепляет между собой зерна песка и щебня (или гравия); в результате этого уложенная в форму бетонная смесь постепенно превращается в искусственный каменный материал — бетон.

Цемент в бетоне является связующим, или, как обычно говорят, вяжущим веществом.

Песок и щебень (гравий) в процессах образования бетона не участвуют, поэтому их называют заполнителями или инертными материалами. Различают мелкие и крупные заполнители. К мелким относят песок и другие заполнители (например, шлак, керамзит) с зернами крупностью до 5 мм; к крупным заполнителям — щебень (каменный, керамзитовый, шлаковый и др.) и гравий с зернами крупностью 5... 150 мм. Иногда в бетон укладывают более крупные куски камня — «изюм». Если смесь содержит кроме цемента и воды только мелкие заполнители, то ее называют цементным раствором.

Наибольшее распространение в строительстве имеет тяжелый бетон, состоящий из смеси цемента и воды с песком и гравием или каменным щебнем. Плотность тяжелого бетона в затвердевшем состоянии составляет 2200...2500 кг/м3. Применяют также мелкозернистые бетоны (без крупного заполнителя — гравия или щебня) средней плотностью свыше 1800 кг/м3. Бетоны плотностью 1800 кг/м3 и меньше называют легкими (или теплыми, так как они обладают низкой теплопроводностью).

Основное отличие легких бетонов от обычных (тяжелых) состоит в том, что их приготовляют на легких заполнителях, имеющих пористую структуру (керамзит, перлит, гранулированный шлак и др.).

При строительстве атомных электростанций для радиационной защиты от атомных реакторов применяют различные специальные бетоны, в частности особо тяжелые плотностью 2800...6000 кг/м3. Заполнителями в них являются железная руда, стальной или чугунный скрап и др.

Прочность бетона. Основное требование, предъявляемое к бетону — приобретение им в определенный срок (обычно в 28 дней)  заданной прочности на сжатие. В зависимости от прочности на сжатие бетон разделяют на классы:

тяжелые бетоны с крупным заполнителем — В3,5; Б5; В7,5; В12; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

Мелкозернистые бетоны — от В3.5...В30 при мелком песке до В40 при крупном песке;

легкие бетоны — В20... В40 при плотности бетона 2000 кг/м3 и В5...В35 при плотности  1800...1900 кг/м3.

Класс бетона назначают в проекте сооружения. Например, если на чертеже указано «класс бетона В20», то это означает, что прочность бетона при сжатии (через 28 дней) составляет 20 МПа.

Тяжелые бетоны классов до В7,5 включительно применяют только для.неармированных конструкций. Конструкции с предварительно напрягаемой арматурой выполняют из тяжелого бетона класса не ниже В20 или из легкого бетона класса не ниже В15.

Прочность бетона зависит прежде всего от качества составляющих материалов и состава бетона. Строительная лаборатория подбирает компоненты бетона в таком соотношении, при котором прочность его была бы не ниже заданной марки. Правильность подбора состава бетона проверяют раздавливанием на специальных прессах стандартных образцов (кубиков), изготовленных из бетона принятого состава и выдержанных определенное время после затворения   (например, 7 или 28 дней).

Рассмотрим подробнее те условия, от которых зависит прочность бетона.

Качество цемента. Чем выше прочность (активность) цемента, тем выше будет и прочность бетона. Чем скорее твердеет цемент, тем быстрее будет нарастать прочность бетона.

Количество цемента, расходуемого на 1 мг бетона. Наилучший показатель прочности имеет бетон с таким расходом цемента, при котором густое цементное тесто заполняет все пустоты в песке и обволакивает тонким слоем частицы песка, а цементно-песчаный раствор заполняет все пустоты в крупном заполнителе.

Количество воды. При одном и том же количестве цемента прочность бетона будет тем меньше, чем больше в нем содержится воды. Это объясняется следующим. Для твердения бетона необходимо количество воды, равное примерно 20 % массы цемента (так, например, при расходе цемента 220... 250 кг на 1 м3 бетона требуется 45... 50 л врды), но при таком количестве воды бетонная смесь получается слишком сухой, ее нельзя достаточно равномерно перемешать и плотно уложить, поэтому практически приходится добавлять в 3...4 раза больше воды (около 160... 180 л на 1 м3). Излишняя вода по мере твердения испаряется, оставляя поры (пустоты). Чем больше воды было добавлено в бетонную смесь при ее приготовлении, тем больше пор образуется в затвердевшем бетоне и тем меньше из-за этого будет его прочность.

Качество заполнителей — их чистота, форма и зерновой состав (количество зерен различной крупности и максимальная крупность зерен). Неправильная форма зерен и шероховатая поверхность способствуют лучшему сцеплению цементного теста с заполнителями и созданию большей прочности; округлая форма и окатанная поверхность прочность уменьшают. Загрязненность заполнителей, ухудшающая сцепление их с цементным тестом, также снижает прочность бетона.

Качество перемешивания. Оно зависит от способа и продолжительности перемешивания. Недостаточное перемешивание сильно снижает прочность бетона.

Порядок укладки бетонной смеси в конструкцию. При перерывах в укладке бетонной смеси большое значение имеет способ обработки поверхности стыка бетона, уложенного после перерыва с уложенным до перерыва. Несоблюдение правил обработки поверхности (очистка, насечка, промывка)   сильно снижает прочность стыка.

Уплотнение бетонной смеси. Бетон, уплотненный в виде смеси вибраторами, имеет на 10...30% большую прочность, чем бетон, уплотненный вручную.

Возраст бетона. Прочность бетона растет вместе с его возрастом и особенно быстро в начальном возрасте (до 28 дней). Прочность продолжает нарастать более медленно в течение ряда лет.

Условия твердения. Наибольшую прочность бетон получает при твердении     во    влажной среде. Наоборот, твердение в сухом и жарком воздухе может привести в получению низкокачественного бетона.

Пониженная температура замедляет нарастание прочности, а при температуре ниже нуля твердение бетона прекращается.

Замерзание приостанавливает процесс твердения бе

тона, но по оттаивании процесс продолжается. Бетон те

ряет прочность, если он замерз до достижения им «кри

тической прочности». Еще более вредными, чем прежде

временное замерзание, являются попеременные замерза

ние и оттаивание свежего бетона-, в результате чего бе

тон в некоторых случаях может даже потерять способ

ность твердеть.        

Плотность бетона. В технологии бетона под плотностью понимают степень заполнения всего объема бетона твердым веществом (отвердевшим цементным тестом и заполнителями). Например, если плотность бетона имеет значение 0,85, то это означает, что 85 % объема составляют входящие в него материалы, а 15 °/о —поры, образовавшиеся главным образом вследствие испарения находившейся в бетоне воды.

В нормах на проектирование бетонных и железобетонных конструкций под плотностью бетона понимается его объемная масса в кг/м3, характеризующая его марку по плотности.

Плотность является одним из важнейших свойств бетона. От нее зависят его прочность, водонепроницаемость, морозостойкость (см. ниже), а следовательно, и долговечность. -

Морозостойкость бетона. Ее характеризует способность бетона, достигшего проектной прочности, не разрушаться под действием замерзания и оттаивания. Морозостойкость проверяют специальными испытаниями стандартных образцов на многократное замораживание и оттаивание. Число испытаний в зависимости от марки бетона по морозостойкости устанавливает ГОСТ.

В результате испытаний прочность   бетона   должна снизиться не более чем на 25%, а потеря массы образца — не превышать 5 %. По морозостойкости    тяжелый бетон разделяют на марки F50... F150.  

Водонепроницаемость бетона. Требования водонепроницаемости предъявляют к бетонам, применяемым при строительстве резервуаров и гидротехнических сооружений. При испытании на водонепроницаемость образцы определенной формы и размеров подвергают давлению воды и устанавливают то наибольшее значение, при котором еще не наблюдают просачивание воды через образец.

По водонепроницаемости тяжелый бетон разделяют на марки W2...W12.

Усадка бетона. Твердение бетона всегда сопровождается изменением его объема: на воздухе бетон высыхает и дает усадку, в воде он немного разбухает. Так как .усыхание бетона снаружи происходит быстрее, чем внутри, то возникает неравномерная усадка, вызывающая появление мелких трещин. Неравномерность усадки можно уменьшить регулярной поливкой и укрытием поверхности бетона. Усадка тем больше, чем жирнее бетон, т. е. чем больше в нем цемента, и чем пластичнее бетонная смесь, т. е. чем больше в ней воды. Наибольшую усадку дает бетон, твердеющий в воздушно-сухих условиях при недостатке влаги.

Выделение тепла. При твердении бетон выделяет тепло, вследствие чего в массивных конструкциях (например, в плотинах, больших фундаментах и т. п.) на-.. блюдается длительное повышение температуры бетона даже при низкой температуре окружающего воздуха. При производстве зимних работ повышение температуры уложенного бетона из-за выделения тепла позволяет вести бетонирование ряда конструкций без обогрева.

Температурные деформации бетона. Бетон подчиняется общему закону расширения и сжатия тел при изменении температуры. Коэффициент линейного расширения бетона составляет в среднем 0,00001. Это значит, что на каждые 10 м длины бетон либо расширяется (удлиняется) на 1 мм при повышении температуры на 10°, либо сжимается (укорачивается) на 1 мм при снижении температуры на 10°. При больших размерах бетонных и железобетонных сооружений температурные деформации становятся настолько значительными, что могут повлиять на прочность сооружения. Чтобы уменьшить это влияние, сооружение разрезают по длине на несколько участков температурными швами. Если,     например,   сооружение забетонировано летом при температуре 20 °С и расстояние между температурными швами принято около 40 м, зимой при температуре —20° в шве может образоваться зазор шириной до 15 мм.