Материалы для железобетонных конструкций
3. Виды и классификация бетонов
Бетон – искусственный камневидный материал, получаемый в результате твердения на воздухе, в воде или других средах смеси вяжущего (цемента с водой, раствора синтетических смол или клеев) и заполнителя (щебня, гравия, песка, шлака). Требования к бетону устанавливаются в зависимости от области применения и назначения.
Бетоны классификацируются по следующим признакам:
по структуре: бетоны плотной структуры, у некоторых пространство между зернами заполнителя полностью занято затвердевшим вяжущим: крупнопористые малопесчаные и беспесчаные; поризованные, т.е. с заполнителями и искусственной пористостью затвердевшего вяжущего; ячеистые с искусственно созданными замкнутыми порами.
по плотности: >2500кг/м3 (особо тяжелые); 2200кг/м3<<2500кг/м3 (тяжелые); 1800кг/м3<<2200кг/м3 (мелкозернистые); 800кг/м3<<2000кг/м3 (легкие).
по виду заполнителя: на плотных заполнителях; пористых специальных, удовлетворяющих требованиям биологической защиты, жаростойкости и др.
по зерновому составу: крупнозернистый, с крупным и мелким заполнителем; мелкозернистый, с мелким заполнителем.
по условиям твердения: бетон естественного твердения; бетон, подвергаемый тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; бетон, подвергаемый автоклавной обработке при высоком давлении.
Согласно нормам на проектирование для изготовления бетонных и железобетонных конструкций предусмотрены следующие виды бетонов:
тяжёлый средней плотности свыше 2200 до 2500кг/м3 (на плотных заполнителях);
мелкозернистый средней плотности свыше 1800кг/м3 (на мелких заполнителях);
лёгкий плотной и поризованной структуры (на пористых заполнителях);
ячеистый автоклавного и неавтоклавного твердения;
специальный – напрягающий.
В качестве плотных заполнителей для тяжёлых бетонов применяют щебень из дроблённых горных пород (песчаника, гранита, диабаза и др.) и природный кварцевый песок. Пористые заполнители могут быть естественными (перлит, пемза, ракушечник и др.) или искусственными (керамзит, шлак и т.п.). В зависимости от вида пористых заполнителей различают керамзитобетон, шлакобетон, перлитобетон и т.д.
Контрольные вопросы:
33. По каким параметрам классифицируются бетоны?
34. Как классифицируются бетоны по структуре и по плотности?
35. Как классифицируются бетоны по виду вяжущего, зерновому составу и условиям твердения?
36. Назовите виды бетонов, предусмотренные нормами.
37. Какой материал используют в качестве заполнителей для бетонов?
4. Прочностные свойства бетона
4.1. Прочность бетона
Так как бетон представляет собой неоднородный материал, внешняя нагрузка создает в нем сложное напряженное состояние. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, обладающих большим модулем упругости, вследствие чего по плоскостям соединения этих частиц возникают усилия, стремящиеся нарушить их связь. В то же время происходит концентрация напряжений в местах, ослабленных порами и пустотами. Из теории упругости известно, что вокруг отверстий в материале, подвергнутом сжатию, наблюдается концентрация самоуравновешенных растягивающих я сжимающих напряжений, действующих по площадкам, параллельным сжимающей силе (рис. 1,а). Поскольку в бетоне много пор и пустот, растягивающие напряжения у одного отверстия или поры накладываются на соседние. В результате в бетонном образце, подвергнутом осевому сжатию, кроме продольных сжимающих напряжений возникают и поперечные растягивающие напряжения (вторичное поле напряжений).
Разрушение сжимаемого образца, как показывают опыты, возникает вследствие разрыва бетона в поперечном направлении. Сначала по всему объему возникают микроскопические трещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещины, параллельные (или с небольшим наклоном) направлению действия сжимающих сил (рис. 1,б). Затем трещины раскрываются, что сопровождается кажущимся увеличением объема, и, наконец, наступает разрушение бетона.
Рис. 1. Схема напряженного состояния бетонного образца при сжатии
а - концентрации самоуравновешенных напряжений вокруг микропор и полостей;
б – трещины разрыва бетона в поперечном направлении при осевом сжатии призмы
Структура бетона, обусловленная неоднородностью состава и различием способов приготовления, приводит к тому, что при испытании образцов, изготовленных из одной и той же бетонной смеси, получают неодинаковые показатели прочности. Прочность бетона зависит от ряда факторов, основными из которых являются: технологические факторы; возраст и условия твердения; форма и размеры образца; вид напряженного состояния и длительность воздействия.