4.4.9 Бетонополимеры

Цементный бетон пористый материал. Поры имеются в цементном камне, заполнителях. Поры образует химически несвязанная вода, вовлеченный воздух. Они понижают прочность и долговечность бетона.

Улучшить свойства бетонов можно, если поры заполнить другими материалами. Бетон пропитывают петролатумом, битумом, мономерами (метилметакрилатом, стиролом), полимерами (эпоксидными и полиэфирными смолами) и составами на их основе. Готовые изделия сушат, вакуумируют и пропитывают необходимыми составами.

Петролатумом и битумом пропитывают на глубину 1–3 см. Мономерами – на глубину 10–20 см. Их полимеризацию осуществляют чаще всего термокаталитическим способом. В состав мономера вводят инициаторы полимеризации (сульфокислоты). Затем после пропитки изделие нагревают до 70–120 ^оС. В результате происходит реакция полимеризации, и жидкий мономер превращается в порах бетона в твердый полимер. Плотность пропитанного бетона повышается с 30–50 МПа до 100–200 МПа, водонепроницаемость повышается в 7 раз, можно получить бетон, выдерживающий 7000 циклов испытаний на морозостойкость.

Стоимость бетонов повышается. Поэтому их следует применять в агрессивных средах, в суровых климатических условиях с учетом экономической целесообразности.

4.4.10 Химически стойкие бетоны

К химически стойким бетонам относят полимерсиликатные, некоторые цементнополимерные, полимерные и бетонополимеры.

Полимерсиликатные бетоны состоят из растворимого силиката натрия с ρ=1,4–1,42 г/см³ (10,5–14,5 %), кремнефтористого натрия (1,6–2,4%), фурилового спирта (0,35–0,5 %), гранитного щебня (36–50 %), кварцевого песка (22–29 %), наполнителя (14,5–17,5 %).

Кремнефтористый натрий служит отвердителем для растворимого силиката натрия.

Наполнители в виде порошков изготавливают из андезита, диабаза, кварца, каменного литья и др.

Добавка фурилового спирта повышает плотность, прочность и водостойкость бетона.

Полимерсиликатный бетон имеет прочность при сжатии 25–35 МПа, морозостойкость – 35--50 циклов.

Полимерсиликатный бетон стоек при воздействии почти всех минеральных кислот и их солей за исключением фтористоводородной и кремнефтористоводородной. Стоек также в газовых средах, содержащих хлор, сернистый и серный ангидрид, оксиды азота, углекислый газ. Не стоек в щелочах и солях со щелочной реакцией, разрушается водой. Его не следует применять в конструкциях подвергающихся замораживанию и оттаиванию.

5 Cборный железобетон

5.1 Общие сведения и классификация

Цементный бетон хорошо работает на сжатие и в 8–20 раз хуже – на растяжение. Для восприятия растягивающихся усилий в его состав вводится стальная арматура. Получается качественно новый материал – железобетон (рисунок 5.1)

Рисунок 5.1 – Схема железобетонной балки и колонны

Недостаток совместной работы бетона и арматуры – их разная предельная растяжимость. Если бетон может растягиваться на 1–2 мм, то арматурная сталь – в 5–6 раз больше. Поэтому в армированном железобетоне в растянутой зоне могут образоваться трещины. Это ограничивает область его применения. Избежать трещин можно сжатием бетона, работающего на растяжение, предварительным растяжением арматуры. Происходит как бы увеличение предельной растяжимости бетона, так как деформации от сжатия суммируются с деформациями растяжения. Кроме того, можно применять высокопрочную сталь и сократить ее расход на 40 %.

Армируют и сжатые цементы, например колонны. Сталь, имеющая более высокую прочность, долговечность, огнестойкость, чем бетон, включается в совместную работу с бетоном и повышает несущую способность конструкции.

Железобетон имеет высокую прочность, долговечность, огнестойкость. Достаточно сырья для его изготовления.

История создания железобетона охватывает период с 1850 по 1886 годы. В 1854 году английский штукатур Вильям Баутленд получил патент на конструкцию огнестойкого железобетонного перекрытия. В растянутую зону он заложил стальные тросы. Этот год и считается годом изобретения железобетона.

Французский садовник Жозеф Монье в 1867 году запатентовал переносные цветочные кадки из цементного раствора, армированного металлом, а затем получил патенты на строительство резервуаров, труб, железнодорожных мостов.

В России железобетон начал применяться с 1878 года.

Как строительный материал железобетон распространен во всем мире. Он сохранит лидирующее положение и в этом столетии.

Сборные железобетонные изделия классифицируются по средней плотности, виду армирования, внутреннему строению и назначению. По средней плотности (ρ_с) они бывают из особо тяжелых бетонов (ρ_с > 2500 кг/м³), тяжелых (ρ_с = 2000…2500 кг/м³), легких (ρ_с = 600…2000 кг/м³), особо легких (теплоизоляционных) (ρ_с < 600 кг/м³). По виду армирования их делят на предварительно напряженные и с обычным армированием. По внутреннему строению они могут быть сплошные и пустотелые, однослойные и многослойные. По назначению железобетонные изделия классифицируются: для транспортного строительства, гражданских зданий, промышленных зданий, сооружений сельского хозяйства и общего назначения.

Для транспортного строительства из тяжелого бетона выпускаются железобетонные изделия для мостов, труб, пассажирских платформ, опор контактной сети электрифицированных железных дорог, шпал для железнодорожных путей (рисунок 5.2), блоков туннелей (тюбингов) (рисунок 5.3) и др.

Рисунок 5.2 – Железобетонная шпала

Рисунок 5.3 – Конструкция обделок из блоков:

а – сплошного прямоугольного сечения; б – ребристого сечения

Для гражданских (жилых и общественных) зданий промышленность сборного железобетона изготавливает фундаменты, панели наружных и внутренних стен, перемычки, колонны, ригели, плиты перекрытия, лестничные площадки и марши (рисунок 5.4).

О

Для промышленных одноэтажных зданий из тяжелого бетона выпускают фундаменты, колонны, (рисунок 5.5) подкрановые балки, стропильные и подстропильные балки и фермы, (рисунок 5.6) плиты покрытий; из легкого бетона на пористых заполнителях и ячеистого бетона – стеновые панели.

ни делаются из тяжелого бетона, за исключением панелей наружных и внутренних стен, которые могут выполняться из легкого бетона на пористых заполнителях или ячеистого бетона.

Рисунок 5.4 – Элементы сборных железобетонных лестниц: 1 – лестничный марш; 2 – лестничная площадка; 3 – лестничный марш с полуплощадками

1

2

Р

1

2

исунок 5.5 – Железобетонные колонны одноэтажных промышленных зданий

а – сплошного сечения; б – решетчатые; 1 – крайнего ряда; 2 – среднего ряда

а)

б)

Рисунок 5.6 – Железобетонные фермы: а – сегментная; б – безраскосная

Для многоэтажных промышленных зданий из тяжелого бетона выпускаются фундаменты, колонны, ригели, плиты перекрытий и др.

Для сельскохозяйственного строительства применяют те же изделия, что и для гражданского строительства, и еще изделия для специальных сельскохозяйственных сооружений: силосных башен, элеваторов и др.

К изделиям общего назначения относят трубы, ограды, стойки под светильники и др.