Бетон – искусственный камень, получаемый затвердеванием тщательно перемешанной и хорошо уплотненной смеси, состоящей из крупного и мелкого заполнителей, вяжущего вещества, воды; часто с добавками. Все компоненты в оптимальных пропорциях.

Природный бетон: брекчия, конгломерат.

Недостаток: хорошо сжимается → плохо работает на растяжении → создание железобетона

Достоинства:

• большую часть по V занимают легкодоступные материалы (песок и щебень)

• бетонная смесь очень высокотехнологичный материал

• долговечный

*Бетонная смесь → укладка → бетон

Классификация бетона:

1. По виду вяжущего: цементное, известковое, шлаковое (затворенный щелочами), гипсовое, специальное (полимербетон)

2. По виду заполнителей: плотные заполнители (непористые), пористые, специальные (чугунная дробь, древесная фибра).

3. По плотности: особо легкий (марка < D800), легкий (D800 - D2000), тяжелый (D2000 - D2500), особо тяжелый (марка > D2500)

4. По прочности: средней прочности (класс < B50) и высокой прочности (класс > B55)

5. По структуре:

6. По условию твердения: в естественных условиях, в условиях повышенной t^₀ и Р_атм (в пропарочных камерах → пропаренный бетон), в условиях повышенной t^₀ и повышенном Р (автоклавы → запаренный бетон)

7. По назначению: конструкционный и специальный (теплоизоляционный)

8. По морозостойкости: низкая (класс < F50), средняя (F50 - F300), высокая (класс > F300)

9. По водонепроницаемости: низкая водонепроницаемость (< W4), средняя (W4 - W12), высокая (> W12)

*W – давление воды в атмосферах

Характеристика компонентов бетона

Вяжущее вещество

Роль:

1. Образуя тесто, выполняет роль смазки → уменьшает трение между частицами

2. Твердея, выполняет роль клея

Вода

Роль:

1. Затворитель, обеспечивает получение теста и смазки

2. Является химическим реагентом, участвующим в процессе твердения.

ГОСТ:

• вода не должна содержать химических соединений и примесей в количествах, которые могут повлиять на сроки схватывания, прочность бетона, скорость твердения, морозостойкость, коррозию арматуры не в пределах нормы.

• нормируется общее количество растворенных солей, сульфатов, хлоридов и взвешенных частиц. Вода для затворения обычного бетона должна содержать:

1. < 5000 мг/л раствора солей

2. < 2700 мг/л сульфатов (опасно сульфатной коррозией)

3. < 1200 мг/л хлоридов

4. < 200 мг/л взвешенных частиц

• нормируется цвет (прозрачная / слегка желтоватая)

• нормируется содержание поверхностно-активных веществ, приводящих к спениванию

• нормируется содержание нефтепродуктов (запрещается применение сточной, болотной, торфяной воды)

• нормируется кислотность 4 < pH < 12.5

Крупный заполнитель (размер зерен 5 – 70 мм):

1. щебень – шероховатая форма зерна

2. гравий – гладкая окатанная форма зерна

Роль – создает скелет / каркас бетона, занимает максимально возможный V

Качество оценивают:

1. Гранулометрическим составом (выражается кривой просеивания). По результатам просеивания устанавливается наибольший и наименьший размер зерна, строят кривую - на оси ординат остатки; на оси абсцисс наибольший и наименьший размеры.

Непрерывный состав - присутствие в щебне зерен всех размеров.

Прерывистый состав - зерна отдельной фракции (5-10 ,5-20, 10-20, 20-40, 40-70)

Оптимальный состав: d_cp/D_cp = 0,226

2. Формой зерна (идеально - куб или шар); содержанием игловатых и пластинчатых зерен (лещадь):

1. Для дорог до 10% или 10 – 15%

2. Строительство 15 – 25% или 25 – 35%

3. Остальное 35 – 50%

3. Прочность оценивают косвенно по показателю дробимости. Из щебня отбирают 3кг любой фракции, высыпают в стальной цилиндр и производят испытания на сжатие весом в 20т, затем полураздавленная масса просеивается через сито, достигаются размеры зерна в 4 раза меньше самой маленькой фракций щебня

Др = (m-m₁)/m*100 → чем выше Др, тем меньше R

4. Чистота щебня: содержание глинистых и пылевидных частиц методом отмучивания

5. Морозостойкость. Замораживают и отмораживают до потери массы > 5% (F15 – F400)

Мелкий заполнитель

Песок - зернистый материал с размерами зерен 0.16 – 5мм.

По происхождению: природные и искусственные (побочный продукт дробления горных пород). Чаще всего применяют природные пески. Пески могут быть полевошпатные, кварцевые (самые долговечные), известняковые.

Роль - занимать пустоты между зернами крупного заполнителя → выгодно экономически и технически.

Качество оценивают:

1. По гранулометрическому составу (зерновой состав)

Судят по графику зернового состава мелкого заполнителя.

2. По содержанию органических примесей

Органика - продукт жизнедеятельности живого мира. Вред: разлагаясь, вызывает коррозию, приводит к разрушению бетона.

Колориметрический метод – песок обрабатывают 3% раствором едкого натра NaOH, затем смотрят на окраску и сравнивают с эталонной: если светлее или близка к эталону, то песок можно использовать; если темнее, то необходимо промывать песок (известковой водой).

3. По содержанию глинистых и пылевидных частиц, повышающих водопотребность, методом отмучивания

4. Дополнительно: содержание глины в комках песка, содержание различных солей (сульфатов)

Добавки для бетонов и строительных растворов

Добавка - приводит к улучшению того или иного свойства.

Добавки имеют: основные эффекты действия (ускоряющие твердение), побочные эффекты. Могут быть полифункциональными (улучшающие несколько качеств)

Классы добавок:

1. Добавки, регулирующие свойства бетонных и растворных смесей. К ним относятся пластифицирующие добавки, водоредуцирующие добавки (снижающие водопотребность смесей), стабилизирующие (понижающие расслаевамость), регулирующие сохраняемость подвижности, увеличивающие воздухо- и газосодержание (алюминевая пудра).

2. Добавки, регулирующие свойства батона и растворов: регулирующие кинетику твердения (ускорители или замедлители твердения), добавки повышающие прочность, снижающие проницаемость (водо- и газопроницаемость), повышающие защитные свойства арматуры, повышающие морозостойкость, повышающие коррозионную стойкость, расширяющие (безусадочные бетоны).

3. Добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства: противоморозные (позволяющие производить работы при низких температурах, вода замерзает при меньших температурах), гидрофобизирующие (водоотталкивающие).

4. Минеральные добавки - добавки неорганического происхождения:

• активные (вулканический пепел):

1. Обладающие вяжущими свойствами (гранулируемый шлак)

2. Обладающие пуцалановыми свойствами (вулканический пепел)

3. Обладающие обоими свойствами

• инертные / неактивные (кварцевый песок)

Бетонная смесь и ее свойства

Рецептура:

• перечисление на 1 м3 :

1. Цемент – 320 кг

2. Вода – 165 литров

3. Щебень – 1150 кг

4. Песок – 710 кг

• в виде отношения 1 : Х (П/Ц) : У (Щ/Ц) при В/Ц = …

Алгоритм подбора состава тяжелого бетона с заданными свойствами:

1) Формулирование задания на подбор состава бетона:

• Характеризуется требуемая прочность бетона

• Требуемая удобоукладываемость

2) Проводится полное испытание используемых компонентов

*Если есть паспорт, то не нужно.

3) Рассчитывается состав бетона:

1. Назначается V_{крупного заполнителя} в бетоне. Зависит от того насколько подвижна бетонная смесь. Через ρ_нас определяем m_щебня.

2. Вычисляем V_песка, требуемого для заполнения пустот между зернами щебня с применением коэффициента раздвижки зерен (α > 1). Зная V_песка, высчитываем m_песка через его ρ_нас.

3. Формула Боломея-Скрамтаева: R²⁸_б = A·R_ц·(Ц/В ± 0.5) - рассчитывает расход цемента и воды.

4. Исходя из ГОСТа «Правил подбора состава бетона», рассчитывают варьирование компонентов.

5. По таблицам или графикам определяют расход цемента на 1 кубометр, исходя из имеющихся параметров.

6. Рассчитывают расход воды, зная В/Ц.

4) Рассчитывается состав лабораторного замеса (7л). Приготавливают лабораторный замес. Определяют удобоукладываемось, при необходимости корректируют состав бетонной смеси.

5) Формуют стандартные бетонные кубики, обеспечивают им нормальное твердение, через 28 суток испытывают на прочность.

Характеристики качества бетонной смеси:

• Удобоукладываемость

• Средняя ρ

• Расслаиваемость

• Пористость

• t^₀

• Жизнеспособность (сохраняемость свойств во времени)

• V_{вовлеченного воздуха}

• Иногда - связность / пластичность (неизмеримое) – обусловлена действием сил на молекулярном уровне (абсорбция Н₂О) → смотрим на водоотделение

В зависимости от удобоукладываемости, бетонные смеси разделяются на:

1. жесткие Ж (оценка жесткости)

2. подвижные П (оценка осадки конуса)

3. растекающиеся Р (оценка расплыва смеси на встряхивающем столе)

Жесткие смеси

Плюсы: маленькое В/Ц, высокая скорость набора прочности и маленький расход цемента

Минусы: огромные затраты энергии на уплотнение

Технология проверки:

1. Формуется конус смеси, сверху ставится диск с 6-тью отверстиями, одновременно включают секундомер и виброплощадку

2. Смесь опускается и, когда в 2 из 6 отверстий появляется смесь, секундомер выключают

3. По результатам испытаний выдается марка:

Марка	Жесткость (время вибрирования), сек
Ж1	5 – 10
Ж2	11 – 20
Ж3	21 – 30
Ж4	31 – 50
Ж5 (самая жесткая)	> 50

Подвижные смеси

Минусы: высокое значение В/Ц

Технология проверки:

1. Смесь формуют стандартный конус (d = 100 мм, D = 200 мм, H = 300 мм)

2. Конус снимается за ручки, бетонная смесь быстро начинает оседать

3. Процесс осадки замедляется, измеряют ее высоту:

Марка	ОК, см
П1	1 – 4
П2	5 – 9
П3	10 – 15
П4	16 – 20
П5 (самая подвижная)	> 20

Растекающиеся бетонные смеси

Технология проверки:

1. Смесь помещают в центр специального стола, состоящего из двух плит, и шарниров, позволяющих поднимать плиту на 40 мм

2. Делается 15 встряхиваний по 2 – 5с каждое

3. Получается лепешка, измеряются диагонали → вычисляется диаметр D = (d₁ + d₂) / 2:

Марка	D, см
Р1	< 35
Р2	35 – 41
Р3	42 – 48
Р4	49 – 55
Р5	> 62

Бетонные смеси должны обладать связанностью (пластичностью) - обуславливает действия сил молекулярного взаимодействия. Связанность зависит от поверхности твердых частиц: если бетонная смесь не связана, то добавляем цемента или песок (более экономно).