Лекция 3

7. Бетоны и строительные растворы

7.1. Классификация и свойства бетонов

Бетон –– это искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной, хорошо перемешанной и уплотненной смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемента), воды, заполнителей и специальных добавок. До затвердения указанную смесь называют бетонной смесью.

Классифицируют бетоны по виду вяжущего на: цементные, гипсовые, известковые, полимербетоны; по средней плотности — на особо тяжелые (плотность более 2500 кг/м³), тяжелые обыкновенные (1800—2500 кг/м³), легкие (500—1800 кг/м³), особо легкие теплоизоляционные (менее 500 кг/м³); по назначению в строительстве — конструктивные, теплоизоляционные, гидротехнические, жаростойкие, кислотоупорные, дорожные.

К основным свойствам бетона относят — прочность, пористость, морозостойкость, водонепроницаемость, огнестойкость. Прочность бетона характеризуется его классом. Класс бетона по прочности на сжатие определяется по пределу прочности при сжатии образцов-кубов размером 150х150х150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси и твердевших 28 суток в нормальных условиях (20±2°С) при относительной влажности воздуха 95%. Класс бетона соответствует гарантируемой прочности на сжатие (МПа).

Прочность бетона зависит главным образом от прочности затвердевшего цементного камня и прочности его сцепления с заполнителем, а также марки цемента и соотношения воды и цемента. Чем выше марка цемента, тем прочнее будет цементный камень. Зависимость прочности цементного камня от соотношения воды и цемента (В/Ц) в бетонной смеси объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает 20—25% воды собственной массы, а чтобы обеспечить необходимую подвижность бетонной смеси, приходится брать 40—80% воды от массы цемента. Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше будет пор в цементном камне и соответственно ниже его прочность.

Состав бетона выражают или в массе составляющих (кг) для получения 1 м³ бетона (например, цемента 250 кг, воды 170 л, песка 700 кг, щебня 1250 кг), или соотношением компонентов в частях по массе или по объему, при этом количество цемента принимают за 1 (например, состав бетона 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 часть цемента берется 0,7 части воды, 2 части песка и 4 части крупного заполнителя).

Важнейшими свойствами бетонных смесей являются удобоукладываемость, подвижность, огнестойкость, морозостойкость.

7.2. Тяжелый бетон

Тяжелый бетон (средней плотностью 1800—2500 кг/м³) является одним из основных строительных материалов. Его широко применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и деталей, а также для возведения монолитных сооружений различного назначения. Для приготовления тяжелых бетонов применяют обычный портландцемент и его разновидности: быстротвердеющий, пластифицированный и пуццолановый, шлакопортландцемент и др.

Заполнители занимают в бетоне до 80% объема и существенно влияют на его прочность, долговечность и стоимость. За счет заполнителей сокращают расход цемента, повышают прочность и деформативность бетона, чем увеличивают долговечность сооружений.

Заполнители для бетона делятся на мелкие и крупные. Мелким заполнителем может служить естественный или искусственный песок, а крупным — щебень и гравий. Зерновой состав, прочность и чистота заполнителя существенно влияют на свойства бетона.

Для улучшения свойств бетонов, исходя из технико-экономических показателей, применяют различные добавки. По виду и назначению добавки можно разделить на следующие группы: ускорители твердения; поверхностно-активные; пено- и газообразователи; комбинированные, специальные.

Приготовление бетонной смеси. В зависимости от потребностей бетонную смесь приготовляют на приобъектных бетоносмесительных установках цикличного или непрерывного действия, а при большом расходе –– на бетонных заводах. Бетонные заводы комплектуют одним или несколькими бетоносмесителями, производительность которых обеспечивает бесперебойную работу строек. Как правило, процесс приготовления бетонной смеси комплексно механизирован.

Транспортирование бетонной смеси. Способ доставки бетонной смеси к месту укладки должен обеспечить сохранение ее однородности, показатели подвижности и жесткости.

Наиболее эффективным средством транспортирования являются автобетоносмесители (рис. 7.2), которые загружают на заводе сухими компонентами и в пути следования или на строительном объекте приготовляют бетонные смеси. При загрузке в барабан готовой смеси автобетоносмеситель служит только средством транспортирования.

Процесс приготовления смеси в автобетоносмесителе осуществляется за 30—40 мин до окончания транспортирования. При времени транспортирования, превышающем эти значения, загрузка производится сухой смесью.

Одной из наиболее трудоемких и энергоемких операций является укладка бетонной смеси и ее уплотнение в форме (или опалубке). Эти операции выполняются при помощи бетоноукладчиков бетонораздатчиков. На строительной площадке широко применяются автобетононасосы (рис. 7.4), которые позволяют в большей степени механизировать процесс транспортирования и укладки бетонной смеси.

После укладки бетонной смеси производят ее уплотнение. Вибрирование — наиболее эффективный метод уплотнения, основанный на использовании тиксотропных свойств бетонной смеси. При вибрировании частицам бетонной смеси передаются быстрые колебательные движения от источника колебаний — вибратора.

Применяют главным образом электромеханические вибраторы, основная часть которых — электродвигатель. На валу электродвигателя эксцентрично установлен груз — дебаланс, при вращении которого возникают колебательные импульсы.

Твердение бетона и уход за ним. Сумма мероприятий, обеспечивающих благоприятные условия твердения уплотненной бетонной смеси, а также способы, предохраняющие бетон от повреждения его структуры в раннем возрасте, составляют уход за бетоном. Организация ухода за бетоном должна быть проведена сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания различными методами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев). На заводах сборного железобетона для ускорения твердения бетона применяют тепловлажностную обработку.

Ускоряют набор прочности бетоном применением быстротвердеющих (БТЦ) и особо быстротвердеющих (ОБТЦ) цементов.

Специальные виды тяжелых бетонов. К специальным бетонам относят гидротехнические, дорожные, кислотоупорные, жаростойкие и бетоны для защиты от радиоактивных воздействий. Все перечисленные виды бетонов отличаются от обычных подбором состава вяжущих и заполнителей, а также введением добавок.