Раздел 6. Бетон и железобетон

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.

Классификация бетонов.

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

1. по средней плотности бетоны бывают:

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

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

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

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

д) особолегкие- со средней плотностью r_о< 500 кг/м³

2. 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.).

2. 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.)

2. 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.

Требования к материалам для обычного (тяжелого) бетона

Для тяжелых бетонов в качестве вяжущих веществ применяют портланд-

цемент 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 и др.). При выборе марки (или активности) цемента необходимо, чтобы она в 1,5 - 2 раза была выше требуемой прочности бетона. В табл. 5 приведены рекомендуемые марки цементов в зависимости от класса бетона В.

Таблица 5 - 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, остат-

ков 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.

На качество бетона влияет:

• наличие в гравии примесей, особенно глины (не более 1 % для высо-

кокачественных бетонов и не более 3% для рядовых);

• зерновой состав заполнителей. В гравии должны содержаться зерна

всех фракций, чтобы объем пустот был минимальным, и бетон получался более плотным и с меньшим расходом цемента;

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

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. В остальном требования к щебню предъявляются те же, что и к гравию.

3. Вода. Для затворения бетона пригодна 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.

4. 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. 6).

Таблица 6 - Добавки, рекомендуемые для бетонов

Класс добавки	Представители	Название	Дозировка, % от массы цемента	Эффект от применения
1	2	3	4	5
Суперпластификаторы	С-3 ДФ СМФ	Разжижитель С-3 Дофен Разжижитель СМФ	0,4 - 0,8	Снижение водопотребности бетонной смеси более 20%
Сильнопластифицирующие	ЛСТМ-2 МТС-1	Лигносульфонат технический модифицированный Модифицированный лигносульфонат	0,15 – 0,3	Снижение водопотребности бетонной смеси до 20%
Среднепластифицирующие	ЛСТ УПБ ПДК	Лигносульфонат технический Мелассная упаренная последрожжевая барда Плав дикарбоновых кислот	0,1 – 0,2	Снижение водопотребности бетонной смеси до 10%
Слабопластифицирующие	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%, повы-шение морозостойкости бето- на на 50-100 циклов
Газовыделяющие	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
Воздухововлекающие	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
Противоморозные	К2СОНН 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	Предотвращают коррозию арматуры в железобетоне
Регуляторы сроков схватыва-ния: Замедлители Ускорители	Сахари- стые ве-щества 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

Свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называется рационально составленная и однородно перемешанная смесь компонентов бетона до начала схватывания и твердения входящего в нее вяжущего.

По своему строению бетонная смесь представляет единое физическое тело, в котором частицы вяжущего (цемента), вода и зерна заполнителя связаны внутренними силами взаимодействия, основной структурообразующей составляющей является цементное тесто. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязким жидкостям. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и жидкости.

Она обладает тиксотропностью – способностью разжижаться при механических воздействиях и самопроизвольно загустевать после их прекращения.

Одним из важных свойств бетонной смеси является удобоукладываемость. Удобоукладываемостью называют способность бетонной смеси плотно заполнять форму при выбранном способе уплотнения. Она зависит от консистенции бетонной смеси.

Консистенция определяется двумя показателями – подвижностью и жесткостью бетонной смеси. В зависимости от этих характеристик назначается марка бетонной смеси по консистенции (табл.7).

Таблица 7 - Марка бетонной смеси по консистенции

Марка	Норма		Марка	Норма
	Ж, с	ОК, см		Ж, с	ОК, см
Ж 4	≥ 31	-	П 1	1…4	≤ 4
Ж 3	21…30	-	П 2	-	5…9
Ж 2	11…20	-	П 3	-	10…15
Ж 1	5…10	-	П 4	-	16…20
-	-	-	П 5	-	≥ 21

Подвижность – это способность бетонной смеси растекаться под действием сил тяжести. Она характеризуется осадкой конуса ОК и выражается в см (рис 10). При определении подвижности бетонной смеси берут форму-конус, смачивают водой ее внутреннюю поверхность и устанавливают на металлический лист или кусок линолеума, также смоченный водой. Затем в форму-конус последовательно тремя слоями одинаковой высоты укладывают тщательно перемешанную бетонную смесь, и каждый из слоев уплотняют 25 раз металлическим стержнем диаметром 16 мм, длиной 650 мм, с закругленным концом. Во время штыкования смеси форму прижимают к листу. Закончив наполнение формы, срезают избыток смеси металлической линейкой вровень с краем формы.

Форму-конус осторожно снимают строго вертикально и устанавливают рядом с отформованным конусом бетонной смеси. В момент снятия формы подвижная бетонная смесь в большей или меньшей степени оседает. Величина осадки конуса при этом служит оценкой подвижности бетонной смеси.

Для измерения осадки бетонного конуса металлическую линейку укладывают ребром на верх формы и измеряют с точностью до 0,5 см расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси.

Подвижность зависит от нормальной густоты и объема цементного теста, количества воды, вида добавок, формы зерен и состояния поверхности заполнителей.

Рисунок 10 - Конус для определения подвижности бетонной смеси

Жесткость – это способность смеси сопротивляться растеканию при воздействии вибрации. Показатель жесткости определяется на техническом вискозиметре по времени вибрирования в секундах, за которое жесткая бетонная смесь становится пластичной и текучей. Для этого на виброплощадке устанавливают и жестко закрепляют цилиндрическое кольцо, в которое вставляют стандартный конус. Конус заполняют бетонной смесью и снимают. На поверхность бетона кладется диск. Затем одновременно включают виброплощадку и секундомер. Вибрирование производят до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из отверстий диска (рис.11). Время виброуплотнения в секундах будет характеристикой жесткости.

а) б)

Рисунок 11 – Вискозиметр для определения жесткости бетонной смеси:

а) бетонная смесь до начала вибрирования

б) бетонная смесь после вибрирования

Связность бетонной смеси обусловливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при транспортировке, укладке в форму или опалубку, и при уплотнении.

Расчет состава бетонной смеси

Сущность проектирования состава бетона заключается в выборе исходных материалов, в установлении между ними рационального соотношения таким образом, чтобы обеспечить удобоукладывемость смеси при наименьшем расходе вяжущего и заданную прочность (класс по прочности на сжатие В) бетона к определенному сроку твердения.

Состав бетона выражают расходом всех составляющих материалов в килограммах на 1м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси. Различают номинальный и полевой составы. Номинальный определяют в лабораторных условиях на сухих заполнителях. Полевой состав бетона определяют из номинального путем пересчета его с учетом естественной влажности заполнителей.

Прежде чем производить расчет, необходимо определить основные характеристики материалов, входящих в состав бетона (они могут быть заданы преподавателем):

- для цемента марка или активность, истинная плотность;

- для сыпучих материалов истинная плотность, насыпная средняя плотность, влажность.

Состав бетона можно определять различными методами. Одним из наиболее распространенных является метод, разработанный профессором Б.Г.Скрамтаевым (метод абсолютных объемов), в основу которого положено условие, что объем бетонной смеси складывается из объемов составляющих ее компонентов – цемента, воды, крупного и мелкого заполнителей. Он основан на том, что сумма абсолютных объемов всех составляющих материалов в бетоне равна 1м³ или 1000 л готового уплотненного бетона.

Сначала определяют водоцементное отношение (В/Ц)

Определение В/Ц производят в соответствии с формулами 19 и 20.

а) для бетонов с В/Ц ≥ 0,4

(19)

б) для бетонов с В/Ц < 0,4

(20)

где R_б – предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток (класс бетона В) в МПа;

А и А₁ – безразмерные коэффициенты, учитывающие качество применяемых материалов;

R_ц – марка или активность цемента, в МПа ;

Ц/В – цементно-водное отношение.

Значения коэффициентов А и А₁ выбирают по табл. 8.

Таблица 8 - Значения коэффициентов А и А₁

Характеристики материалов	А	А1
Высококачественные (щебень, песок оптимальной крупности, высокомарочный цемент) Рядовые (заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средних марок или шлакопортландцемент) Пониженного качества (гравий вместо щебня, мелкий песок, низкомарочный цемент)	0,64 0,60 0,55	0,43 0,40 0,37

Оптимальное количество воды в бетонной смеси (водосодержание в л/м³) определяется по графику (рис. 12) или по табл. 9, с учетом максимальной крупности заполнителя.

Рисунок 12 - График водосодержания бетонной смеси

Таблица 9 - Зависимость водосодержания от характеристик бетонной

смеси

Характерстика бетонной смеси		Водосодержание при наибольшей крупности зерен, мм
Осадка конуса, см	Жесткость, с	гравия			щебня
		10	20	40	10	20	40
0 0 0 0 0 1 2-2,5 3-4 5 7 8 10-12	150-200 90-120 60-80 30-50 20-30 15-20	145 150 160 165 175 180 190 195 200 205 210 215	130 135 145 150 160 170 175 180 185 190 195 200	120 125 130 135 145 155 160 165 170 175 180 190	155 160 170 175 185 195 200 205 210 215 220 225	145 150 160 165 175 185 190 195 200 205 210 215	130 135 145 150 160 170 175 180 185 190 195 200

По водоцементному отношению (В/Ц) и водосодержанию бетонной смеси (В) рассчитывают ориентировочный расход цемента в килограммах на 1 м³ бетонной смеси по формуле 21:

Ц = ; кг/м³ (21)

Для определения расхода песка и щебня (гравия) исходят из двух условий.

Сумма абсолютных объемов всех составных частей бетона равна 1 м³ (1000л) уплотненной смеси, т.е. (22, 23)

(22)

или

, (23)

где V_ц ,V_в,V_{щ (г)} ,V_п – абсолютные объемы цемента, воды, щебня или гравия и песка, л;

Ц, В, Щ (Г), П – содержание соответственно цемента, воды, щебня или гравия и песка, кг;

ρ_ц, ρ_в, ρ_{щ (г)}, ρ_п – истинные плотности цемента, воды = 1, щебня или гравия, песка, кг/л;

Цементно-песчаный раствор заполняет пустоты в крупном заполнителе с некоторой раздвижкой зерен (24), т.е.

, (24)

где V_пуст = 1 – ρ_{н щ (г)} / ρ_{щ (г)} – пустотность щебня или гравия;

ρ_{н щ (г)} - насыпная средняя плотность щебня или гравия, кг/л;

ρ_{щ (г)} - истинная плотность щебня или гравия, кг/л;

α - коэффициент раздвижки зерен крупного заполнителя цементно-песчаным раствором. Определяется по табл.10.

Таблица 10 - Оптимальные значения α в пластичной бетонной смеси

на песке средней крупности

Расход цемента, кг	Значения коэффициента раздвижки зерен при В/Ц
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
250 300 350 400	- - 1,32 1,40	- - 1,33 1,46	1,26 1,36 1,44 -	1,32 1,42 - -	1,38 - - -

Примечание: При применении мелкого песка с водопотребностью более 7% коэффициент α уменьшается на 0,03 на каждый процент увеличения водопотребности песка; при применении песка с водопотребностью ниже 7% коэффициент α увеличивается на 0,03 на каждый процент уменьшения водопотребности песка.

Решая совместно уравнения (23) и (24), получают формулу (25) для определения расхода щебня или гравия

(25)

Расход песка П на 1000 л бетонной смеси определяют из формулы (23)

Расчетная средняя плотность бетонной смеси ρ_{б с} равна (26)

(26)

Свойства тяжелого бетона

Средняя плотность. Для тяжелого бетона она равна 2200-2500кг/м³.

Водонепроницаемость. Она определяется наибольшим давлением воды, при котором она еще не просачивается через бетонные образцы-цилиндры 180-суточного возраста. По водонепроницаемости тяжелый бетон подразделяется на марки W 0,2 – 1,2 .

Прочность бетона. Бетон хорошо сопротивляется сжатию, и гораздо хуже растяжению и изгибу. Поэтому основной прочностной характеристикой бетона является прочность при сжатии.

Бетон – материал неоднородный, его прочность колеблется от замеса к замесу. Поэтому средняя прочность бетонных образцов-кубов и определяемая на ее основе марка бетона не дает гарантии получения именно этой прочности бетона (прочность может оказаться как больше, так и меньше). Поэтому было введено понятие класс бетона по прочности В – прочность бетона с обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100.

Соотношение между марками и классами тяжелого бетона приводится в табл. 11.

Таблица 11 - Соотношение между марками и классами тяжелого бетона

Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/см	Ближайшая марка бетона	Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/см	Ближайшая марка бетона
В 3,5 В 5 В 7,5 В 10 В 12,5 В 15 В 20 В 25	46 65 98 131 164 196 262 327	М 50 М 75 М 100 М 150 М 150 М 200 М 250 М 350	В 30 В 35 В 40 В 45 В 50 В 55 В 60	393 458 524 589 655 720 786	М 400 М 450 М550 М 600 М 600 М 700 М 800

Соотношение между маркой и классом бетона выражается формулой 27.

(27)

где R_б – марочная прочность бетона, МПа;

В – класс бетона.

Классом бетона по прочности на сжатие В называют предел прочности на сжатие в МПа эталонных 28-суточных образцов с ребром 15 см, с обеспеченностью 0,95. СНиПом для тяжелого бетона предусмотрены следующие классы В 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55; 60.

На прочность тяжелого бетона влияют:

1.Марка или активность цемента (прямопропорционально) и водоцементное отношение (обратнопропорционально). Эта зависимость выражается формулой (28),

(28)

где R_б – прочность бетона;

R_ц – марка или активность цемента;

А - коэффициент, зависящий от качества применяемых материалов;

Ц/В – цементно-водное отношение (величина, обратная В/Ц).

Знак (-) используют для бетонов с В/Ц ³ 0,4 . Знак (+) используют для бетонов с В/Ц< 0,4

1. Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем, ко-

торая определяется формой зерен и характером поверхности заполнителей, а также активностью цемента.

2. Характеристики окружающей среды, в которой твердеет бетон. Для

твердения бетона необходимы положительные температуры и влажность, близкая к 100%. При отрицательных температурах твердение бетона прекращается, при недостатке влаги ее может не хватить для протекания реакций гидратации и в результате прочность бетона будет заниженной.

3. Время твердения. В зависимости от времени прочность возрастает по

следующему закону (29):

(29)

где R_n – прочность бетона в возрасте n суток;

R₂₈ – прочность бетона в возрасте 28 суток.

Эта формула справедлива при времени твердения n > 3 суток.

Морозостойкость бетона. За марку бетона по морозостойкости F принимают число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают водонасыщенные бетонные образцы-кубы с ребром 15 см без снижения прочности на сжатие более 15% и потери массы более 5%. Стандартом установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости: F 50 - 150.

Отношение к действию высоких температур. Бетон является огнестойким материалом, он не горит во время пожара. Но длительное воздействие высоких температур ухудшает качество бетона, снижает его прочность. Это связано, во-первых, с дегидратацией в цементном камне гидрата окиси кальция, протекающей с изменением объема, и, как следствие, с растрескиванием бетона. Во-вторых, некоторые заполнители при воздействии высоких температур также способны растрескиваться или изменяться в объеме (например, кварц при t^о > 600^о, карбонаты при t^о > 900^о).

Легкие бетоны

Легкий бетон изготавливается из смеси вяжущего, пористого крупного за-

полнителя, песка (пористого или плотного) и воды. При необходимости в смесь вводят различные добавки для улучшения ее свойств, а также свойств затвердевшего бетона.

Классификация легких бетонов

Легкие бетоны классифицируют:

1. По виду вяжущего. Легкие бетоны подразделяются на цементные, из-

вестковые, гипсовые, на смешанных вяжущих (например, цементно-известковых) и на специальных вяжущих, отвечающих специальным требованиям.

2. По виду пористого крупного заполнителя. Различают две группы лег-

ких бетонов: на природных и на искусственных пористых заполнителях.

К первой группе относятся легкие бетоны на пористых заполнителях вул-

канического происхождения ( пемзы, туфы, вулканические пеплы и др.) и осадочного происхождения (спонголиты, опоки, пористые известняки и др.).

Ко второй группе относятся легкие бетоны на искусственных пористых

заполнителях, специально изготовленных из горных пород путем их термической обработки и поризации (керамзит, вермикулит, аглопорит, вспученный перлит, зольный гравий и др.), на заполнителях - отходах промышленности (шлаках, золах, кирпичном щебне и др.), а также на пористых синтетических материалах (пенополистирол, пенополиуретан и т.д.).

3. По назначению. Легкие бетоны подразделяются на теплоизоляционные,

конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные . Конструктивные легкие бетоны применяют в несущих конструкциях зданий и сооружений, конструктивно-теплоизоляционные – в ограждающих конструкциях, а теплоизоляционные – только как теплоизоляционные и акустические материалы.

Свойства легких бетонов

Прочность. Она характеризуется следующими классами по прочности на сжатие: В 2,5 –40.

Морозостойкость. Легкие бетоны различаются по проектным маркам по морозостойкости от F25 до F300 (а в отдельных случаях и выше).

Водонепроницаемость. Легкие бетоны считаются пониженной плотности с водонепроницаемостью W 0,2; нормальной плотности с водонепроницаемостью W 0,4; повышенной плотности с водонепроницаемостью W 0,6.

Теплопроводность. В зависимости от средней плотности коэффициент теплопроводности l легких бетонов может колебаться от 0,15 до 0,6 Вт/м ^оС.

Виды легкого бетона

Крупнопористый бетон. В состав крупнопористого (беспесчаного) бетона входят гравий или щебень крупностью 5…20 мм, портландцемент или шлакопортландцемент М 300 - 400 и вода. За счет исключения песка из состава крупнопористого бетона его средняя плотность уменьшается и составляет 1700…1900 кг/м³. Отсутствие песка и ограниченный расход цемента (70…150 кг/м³) позволяют получить пористый бетон теплопроводностью 0,55…0,8 Вт/м ^оС. Крупнопористый бетон целесообразно применять в районах, богатых гравием. Из него возводят монолитные наружные стены зданий, изготовляют крупные стеновые блоки.

Ячеистые бетоны. Ячеистые бетоны – разновидность легкого бетона. Они представляют собой особо легкие бетоны с большим количеством (до 85%) мелких и средних пор размером до 1 – 1,5 мм. Пористость ячеистым бетонам придается:

а) механическим путем, при смешении бетонной смеси с устойчивой пеной (пенобетон)

б) химическим путем, при введении в бетонную смесь добавок- газообразователей (газобетон).

Свойства ячеистых бетонов. Ячеистые бетоны обладают следующи-

ми свойствами.

Средняя плотность. Средняя плотность ячеистых бетонов колеблется от 300 до 1200 кг/м³.

Пористость. Она составляет от 60 до 85%.

Прочность. Она определяется классом ячеистого бетона по прочности при сжатии В. Класс ячеистого бетона по прочности обозначает предел прочности при сжатии кубов с ребром 15см и влажностью 10+2%, испытанных через 12 часов после термовлажностной обработки или через 28 суток нормального твердения, в МПа. Для ячеистых бетонов это классы от В 0,35 до В 20.

Морозостойкость. Установлены следующие марки ячеистого бетона по морозостойкости – F15 – F100.

Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности для ячеистых бетонов, в зависимости от пористости составляет ~ 0,1 – 0,3 Вт/м ^оС.

Применяют ячеистые бетоны для легких бетонных и железобетонных конструкций и теплоизоляции.

Железобетон.

Железобетоном называется сочетание бетона со стальной арматурой, монолитно соединенных и совместно работающих в конструкции. Его использование в промышленных масштабах началось с конца XIX века, а в настоящее время это основной конструкционный материал современного индустриального строительства.

Железобетон – типичный армированный материал, в котором различают основу (матрицу) и армирующий материал. В железобетоне матрицей является бетон, который хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже – растяжению. Стальная арматура, монолитно соединенная с бетоном, воспринимает основную нагрузку при работе железобетонного элемента на растяжение. Совместная работа в железобетонных изделиях этих двух материалов возможна потому, что бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой, предохраняя сталь от коррозии. Важно и то, что бетон и сталь обладают примерно одинаковыми температурными коэффициентами линейного расширения, благодаря чему обеспечивается долговечная эксплуатация железобетонных конструкций.

Классификация железобетонных изделий

В зависимости от вида армирования железобетон подразделяется на изделия:

1. с обычным армированием – арматурными стержнями, сетками или объемными арматурными каркасами;

2. с предварительно-напряженным армированием, при котором арматуру перед бетонированием изделий растягивают, закрепляя по концам различным образом. Затем изделие бетонируют, а после достижения бетоном определенной прочности арматуру отпускают. Арматура сокращается и вызывает сжатие бетона. В результате предельная растяжимость бетона в конструкции под действием эксплуатационной нагрузки увеличивается, так как деформации от предварительного сжатия суммируются с деформациями растяжения.

По средней плотности применяемых бетонов железобетонные изделия подразделяются на изготовляемые из:

1.особотяжелых бетонов со средней плотностью более 2500 кг/м³;

2. тяжелых со средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м³;

3. облегченных бетонов со средней плотностью 1800-2200 кг/м³;

4. легких бетонов со средней плотностью 500-1800 кг/м³;

5. особолегких бетонов со средней плотностью менее 500 кг/м³.

По виду применяемых вяжущих железобетонные изделия бывают на:

1. портландцементе и его разновидностях;

2. известково-кремнеземистом вяжущем (силикатные бетоны);

3. смешанных вяжущих (например, цементно-известковых);

4. специальных вяжущих, отвечающих специальным требованиям.

По внутреннему строению железобетонные изделия могут быть:

- сплошными и пустотелыми, изготовленными из бетона одного вида;

- однослойными или двух-трехслойными, изготовленными из бетонов разных видов или с применением различных материалов (например, теплоизоляционных).

В зависимости от назначения железобетонные изделия подразделяются на изделия для жилых и общественных зданий, для промышленных зданий, для инженерных сооружений и изделия общего назначения.

Материалы для изготовления железобетонных изделий

Материалами для изготовления железобетонных изделий служат бетонная смесь и стальная арматура.

Бетонные смеси, применяемые для железобетона, по своему составу, виду и способу приготовления не отличаются от смесей для бетонных конструкций. Но наличие на заводах ЖБК мощных уплотняющих механизмов позволяет применять более жесткие (с меньшим В/Ц) смеси, что позволяет экономить цемент.

Арматурой называют стержни, пряди, канаты, каркасы и сетки, расположенные в бетоне в соответствии с характером работы конструкции.

Для армирования железобетонных конструкций применяют стержневую и проволочную арматуру.

Класс стержневой арматурной стали обозначается буквой А. После обозначения группы ставится цифра I, II, III и до VII. По мере увеличения номера стали повышается ее прочность и твердость, но понижается пластичность. В зависимости от основных механических характеристик стержневая арматурная сталь подразделяется на классы А-I – A-VII. Сталь класса А-I изготавливают круглого сечения с гладкой поверхностью. Арматурные стали других классов имеют периодический профиль, обеспечивающий лучшее сцепление арматуры с бетоном. Диаметр арматурных стержней – от 8 до 80 мм. Арматурную проволоку производят гладкой и с периодическим профилем диаметром 3…8 мм. Термически упрочненную стержневую арматурную сталь обозначают Ат, сталь для конструкций, используемых на Севере- Ас, а сталь с повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания под напряжением А-IVK, A-VIК.

Класс проволочной арматурной стали обозначается буквой В. Ее делят на классы В-I и В-II (индекс р обозначает наличие периодического профиля). В настоящее время в железобетонных конструкциях в качестве ненапрягаемой арматуры предпочтение отдается стержневой арматурной стали классов А-III и А-IV, а также арматурной проволоке Вр-I. К эффективным видам напрягаемой арматуры относятся стержневая арматурная сталь классов А-V, A-VI, Aт-V, Aт-VI.