4.5. Бетоны

Бетон представляет собой искусственный каменный материал на неорганических вяжущих веществах, получаемый в результате формования и твердения бетонной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей и специальных добавок. Бетоны классифицируют по назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей и структуре.

По назначению бетоны подразделяют на конструкционные и специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные, теплоизоляционные, радиационно-защитные и т.п.). По виду вяжущего вещества выделяют бетоны цементные, известковые, гипсовые, на шлаковых и специальных вяжущих веществах. По виду заполнителя различают бетоны на плотных, пористых и специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям. Структура бетона может быть плотной, поризованной, ячеистой и крупнопористой.

В правильно подобранной бетонной смеси цемент составляет 8-15 % по массе, а заполнители – 80-85 %. Поэтому в качестве заполнителей применяют местные каменные материалы: песок, гравий, щебень, а также побочные продукты промышленности (дробленые и гранулированные шлаки, металлургические шлаки), что обеспечивает сравнительно низкий уровень издержек производства.

По показателю плотности различают следующие виды бетонов: особо тяжелые (плотность более 2600 кг/м³) с особо тяжелыми заполнителями (магнетитом, баритом, чугунной дробью, обрезками стали и др.), применяемые в специальных защитных конструкциях; тяжелые (2100-2600 кг/м³) для всех несущих конструкций на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород; облегченные (1800-2000 кг/м³), используемые преимущественно в несущих конструкциях; лёгкие (1200-1800 кг/м³) для ограждающих конструкций, так как они менее теплопроводны, чем тяжелые бетоны; особо легкие (500-800 кг/м³), ячеистые и на пористых заполнителях, пригодные для теплоизоляционных изделий.

Пористость бетонов изменяется обратно пропорционально плотности: от 70-85 % у ячеистых теплоизоляционных до 8-10 % у плотных гидротехнических бетонов.

Технико-экономическими преимуществами бетона можно считать низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения его в сборных и монолитных конструкциях различного назначения, механизация приготовления бетонной смеси и производства сборных конструкций.

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяется по расходу ингредиентов на 1 м³ смеси по массе.

Наибольшее распространение в строительстве имеет тяжелый бетон. Его применяют для изготовления сборных и монолитных конструкций и деталей жилых, промышленных и общественных зданий и сооружений. Для приготовления тяжелых бетонов используют портландцемент обычный, пластифицированный и гидрофобный, с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент и др. Вода для затворения бетонных смесей не должна содержать вредных примесей (кислот, сульфатов, жиров, сахаров и т.п.).

Для тяжелых бетонов используют преимущественно природные пески (кварцевые, полевошпатовые, известняковые и доломитовые), которые представляют собой рыхлую смесь зерен крупностью 0,15-5 мм, образовавшихся при естественном разрушении горных пород. Применяют и искусственные пески, получаемые дроблением твердых горных пород или грануляцией металлургических и топливных шлаков, а также специальных материалов: керамзита, аглопорита и т.д.

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяют гравий или щебень из горных пород. Гравий образуется при естественном разрушении горных пород и имеет куски от 5 до 70 мм. Щебень получают дроблением массивных горных пород, валунов или искусственных камней. Для приготовления бетона используют также щебень после дробления металлургических шлаков.

Бетон в конструкциях может испытывать деформации сжатия, растяжения и изгиба. Прочностные характеристики бетона оценивают пределами его прочности при сжатии и растяжении при изгибе. По пределу прочности на сжатие устанавливают марку бетона. Для этого испытывают образцы бетона, представляющие собой кубики с ребром 150 мм, изготовленные из бетонной смеси, после твердения их в течение 28 суток при температуре 202С и относительной влажности воздуха 90-100 %. Используют также кубики с ребрами 70, 100 и 200 мм. Основными факторами, определяющими прочность бетона, являются активность цемента и водоцементное отношение, обычно принимаемое в пределах 0,4 – 0,7.

Качество бетона определяется следующими основными показателями: класс прочности на сжатие В; класс прочности на осевое растяжение; марка по морозостойкости; марка по водопроницаемости; марка по средней плотности и марка по самонапряжению напрягающего бетона.

Для тяжелого бетона приняты следующие классы прочности на сжатие: В3,5; В5; В10; В12; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60. При этом, согласно ГОСТ 26633-85, установлены следующие марки по прочности на сжатие: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М550, М600, М700, М800, где число в обозначении марки соответствует прочности на сжатие образцов размером 15х15х15 см в килограммах силы на квадратный сантиметр.

Морозостойкость бетона характеризуется наибольшим числом циклов попеременного замораживания и оттаивания образцов 28-суточного возраста без снижения прочности на сжатие более, чем на 25 %, и без потери массы более, чем на 5 %. Для тяжелых бетонов установлено четыре марки морозостойкости: F50, F75, F100, F150. Морозостойкость бетона повышается при понижении водоцементного отношения и введении в его состав специальных гидрофобных воздухововлекающих добавок.

Водопроницаемость бетона оценивают наибольшим давлением воды, при котором она не просачивается через образцы. По этому показателю тяжелый бетон делят на шесть марок: ₂, ₄, ₆, ₈, ₁₀, ₁₂.

Приготовление бетонной смеси включает в себя технологические операции по дозированию исходных ингредиентов и их перемешиванию. Автоматические весовые дозаторы обеспечивают высокую точность дозирования, быстроту взвешивания и лёгкость управления. Перемешивают бетонную смесь в бетоносмесителях периодического и непрерывного действия. По способу перемешивания бетоносмесители разделяют на машины с гравитационным и принудительным перемешиванием. К месту формования бетонную смесь доставляют различными транспортными средствами: ленточными конвейерами, бункерами и вагонетками, подвесными бадьями, самоходными вибробункерами, бетононасосами и автосамосвалами. Укладку и уплотнение бетонной смеси производят при помощи бетоноукладчиков и бетонораздатчиков.