Раздел 4. Бетон и железобетон

4.1. Бетоны

Бетоном называется искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого заполнителя – песка, крупного заполнителя – щебня или гравия, а в необходимых случаях – специальных добавок.

Вяжущее вещество и вода являются активными составляющими бетона, в результате реакции между которыми и образуется цементный камень. Зерна песка и щебня составляют как бы каменный каркас бетона. Цементное тесто, образующееся после затворения, обволакивает зерна песка и крупного заполнителя, заполняет промежутки между ними и играет роль смазки, обеспечивающей подвижность бетонной смеси. Затвердевая, тесто связывает зерна заполнителей, в результате чего и образуется искусственный камень – бетон.

4.1.1. Классификация бетонов

Бетоны классифицируют по средней плотности, виду вяжущего, виду заполнителя и назначению.

- По средней плотности бетоны бывают:

а) особотяжелые – со средней плотностью _о более 2500 кг/м³

б) тяжелые – со средней плотностью _о= 2200-2500 кг/м³

в) облегченные – со средней плотностью _о=1800-2200 кг/м³

г) легкие – со средней плотностью _о=500-1800 кг/м³

д) особолегкие- со средней плотностью _о 500 кг/м³

- По виду вяжущего бетоны бывают:

а) цементные,

б) силикатные ( на известково-кремнеземистом вяжущем),

в) гипсовые,

г) на смешанных вяжущих, например, цементно – известковых,

д) на специальных вяжущих, применяемых при наличии особых требований (например, по кислотостойкости, жаростойкости и т.д.).

- По виду заполнителя бетоны бывают:

а) на плотных заполнителях ,

б) на пористых заполнителях,

в) на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (например, по защите от радиации, жаростойкости и т.д.).

- По назначению бетоны подразделяются на:

а) бетон для несущих конструкций,

б) бетон для ограждающих конструкций,

в) гидротехнический бетон,

г) бетон для санитарно-технических сооружений (труб, колодцев, резервуаров и др.),

д) дорожный бетон,

е) бетон специального назначения – кислотостойкий, жаростойкий, для защиты от радиации и др.

4.1.2. Требования к материалам для обычного (тяжелого) бетона

Вяжущие. Для тяжелых бетонов в качестве вяжущих веществ применяют портландцемент и его разновидности, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178, 22226, ТУ 21-26-13-90 и др. Цемент выбирают с учетом требований, предъявляемых к бетону (по прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности и др.). При выборе марки (или активности) цемента необходимо, чтобы она в 1,5…2 раза была выше планируемой прочности бетона. В табл. 6 приведены рекомендуемые марки цементов в зависимости от класса бетона В.

Таблица 6 - Выбор марки цемента в зависимости от класса бетона

Марка цемента	Класс бетона по прочности при сжатии
	В 10	В 20	В 30	В 35	В 40	В 50
Рекомендуемая	М 300	М 300	М 400	М 500	М 600	М 600
Допускаемая	М 300	М 400	М 500	М 550, М 600	М 500, М 550	М 550

Заполнители. Заполнители для тяжелого бетона подразделяются на две группы: мелкие и крупные.

а) Мелкий заполнитель – песок для строительных работ – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8736. Песком называют рыхлую смесь зерен с крупностью от 0,16 до 5 мм, образовавшуюся в результате естественного разрушения горных пород (естественные пески) или при их дроблении (искусственные пески). По минеральному составу пески бывают кварцевые, полевошпатные, известняковые, доломитовые и др.

На качество бетона влияет:

• Наличие в песке примесей (глинистых, илистых, пылевидных, остатков растительных и животных организмов);

• зерновой состав песка. Для получения высококачественных бетонов песок должен содержать зерна всех фракций от 0,16 до 5мм, чтобы объем пустот в нем был минимальным. Чем меньше будет объем пустот, тем меньше потребуется цемента для получения плотного бетона.

б) Крупный заполнитель (гравий и щебень) – должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10268, 8267, 9268, 10260.

Гравием называют рыхлый материал с размером частиц от 5 до 70 мм, образовавшийся в результате естественного разрушения горных пород. Для гравия характерна гладкая поверхность и достаточно окатанная форма зерен, что не слишком благоприятно сказывается на прочности сцепления его с цементным камнем.

Щебень. Щебнем называют материал, образующийся при дроблении горных пород и имеющий размеры от 5 до 70 мм. Щебень имеет малоокатанную остроугольную форму и шероховатую поверхность, поэтому прочность сцепления его с цементным камнем выше, чем у гравия. Как правило, высококачественные бетоны изготавливаются только на щебне. В остальном требования к щебню предъявляются те же, что и к гравию.

На качество бетона влияют следующие свойства крупного заполнителя:

• наличие в нем примесей, особенно глины (не более 1 % для высококачественных бетонов и не более 3% для рядовых);

• зерновой состав крупных заполнителей. В гравии и щебне должны содержаться зерна всех фракций, чтобы объем пустот был минимальным, и бетон получался более плотным и с меньшим расходом цемента;

- предельная крупность зерен гравия или щебня. Она не должна превышать ¼ части минимального сечения конструкции, а если конструкция армированная, то быть не более наименьшего расстояния между стержнями арматуры.

Вода. Для затворения бетона пригодна водопроводная питьевая вода, а также любая другая, не содержащая вредных примесей (хлоридов, сульфатов, кислот, масел, фенолов и др.).

Пригодность воды для бетона устанавливают химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на испытуемой воде и на контрольной питьевой воде. Образцы испытывают через 28 суток нормального твердения. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность не меньше, чем контрольные на питьевой воде.

Добавки. Добавки для бетонов должны удовлетворять требованиям ГОСТ 24211-2003 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия»). По виду и назначению добавки можно разделить на следующие группы (табл. 7).

Таблица 7 - Добавки, рекомендуемые для бетонов

Класс добавки	Предста-вители	Название	Дозиров-ка, % от массы цемента	Эффект от применения
1	2	3	4	5
Суперпласти- фикаторы	С-3 ДФ СМФ	Разжижитель С-3 Дофен Разжижитель СМФ	0,4 - 0,8	Снижение водопотребности бетонной смеси более 20%
Сильнопласти-фицирующие	ЛСТМ-2 МТС-1	Лигносульфонат технический модифицированный Модифицированный лигносульфонат	0,15 – 0,3	Снижение водопотребности бетонной смеси до 20%
Среднепласти-фицирующие	ЛСТ УПБ ПДК	Лигносульфонат технический Мелассная упаренная последрожжевая барда Плав дикарбоновых кислот	0,1 – 0,2	Снижение водопотребности бетонной смеси до 10%
Слабопласти- фицирующие	ЩСПК НЧК ГКЖ-10 ГКЖ-11	Щелочной сток производства капролактама Нейтрализованный черный контакт Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия	0,05 –0,1	Снижение водопотребности бетонной смеси до 5%, обеспечение воздухововлечения 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 50-100 циклов
Газовыделяю-щие	136-41, 136-157 М ПАК	Полигидросилоксаны (бывшая ГКЖ-94) Пудра алюминиевая	До 0,1; До 0,25	Повышение морозостойкости бетона на 200…300 циклов. Производство ячеистых бетонов
Воздухововле-кающие	СНВ КТП ОТП ГКЖ-10 ГКЖ-11	Смола нейтрализованная воздухововлекающая Клей таловый пековый Омыленный таловый пек Этилсиликонат натрия Метилсиликонат натрия	0,005 -0,03	Обеспечение воздухововлечения на 3-5%, повышение морозостойкости бетона на 100…200 циклов
Противомороз-ные	К2СО3 НН ХК ННК ННХК	Поташ Нитрит натрия Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция	До 10	Твердение бетона при отрицательной температуре
Ингибиторы коррозии	НН ТБН БХН БХК	Нитрит натрия Тетраборат натрия Бихромат натрия Бихромат кальция	2	Замедляют коррозию арматуры в железобетоне
Регуляторы сроков схватывания: Замедлители Ускорители	Сахарис-тые вещества НК ХК ННК ННХК СН ТНФ	Нитрат кальция Хлорид кальция Нитрит-нитрат кальция Нитрит-нитрат-хлорид кальция Сульфат натрия Тринатрийфосфат	0,1…2	Замедление схватывания до нескольких часов Ускорение схватывания и твердения в ранние сроки