Бетон: виды, состав, заполнители, свойства, испытания

Бетон — один из самых важных строительных материалов. Он получается (формованием с последующим схватыванием) из смеси вяжущего вещества (цемента) с водой, мелким заполнителем (песком) и крупным заполнителем (обычно гравием, щебнем или другим крупно размолотым материалом).

Так как бетонная смесь до затвердевания имеет тестообразный характер, наш бетон пригоден для изготовления конструкций различного типа, однако форма (опалубка) не должна удаляться до полного схватывания смеси. В тех случаях, когда возможны растягивающие или изгибающие напряжения, бетон армируют сталью.

Виды бетона

Имеются следующие виды бетона: неармированный бетон, железобетон, бетон с волокнистым заполнителем (фибробетон) и предварительно напряженный бетон. Он может быть изготовлен с одним из пяти типов цемента: тип I — цемент общего назначения (обычный портландцемент); тип II — модифицированный портландцемент, умеренно сульфатостойкий для строений в грунте; тип III — быстротвердеющий; тип IV — с низкой экзотермией; тип V — сульфатостойкий для неблагоприятных грунтовых условий.

Заполнители: щебень, гравий и другие

Обычно при возведении предпочитают природные заполнители, такие, как щебень, гравий, рваный камень, однако применяются и искусственные заполнители, к примеру шлак доменных печей. Природные заполнители бетона должны быть долговечными, твердыми и без излишнего количества глины, суглинка, ила, слюды, сланца, черта (кремнистого сланца), щелочей и органических элементов. Заполнитель должен тщательно выбираться. Крупный песок лучше мелкого, а песок с различными зернами от крупных до умеренно мелких более предпочтителен, нежели однородно крупный или однородно мелкий. Заполнители разделяют по крупности зерен. Максимально возможный размер зерна находится в зависимости от рода работ. В тонких стенах, а также вблизи арматурных стержней размер зерна должен быть небольшим, но в массивном бетоне допустимы зерна размером до 15-20 см.

Вода

Вода для бетонной смеси должна быть чистой и несоленой. Морская вода вызывает коррозию стали и поэтому не должна применяться для изготовления железобетона. Вода служит смазкой между зернами заполнителя, делая смесь пластичной и удобоукладываемой, а также реагирует с портландцементом.

Состав бетонной смеси

Прочность и некоторые полезные свойства бетона определяются количеством воды в бетонной смеси. Наиболее часто на мешок цемента массой 43 кг добавляется 15-23 л воды в зависимости от влажности используемого песка и от требуемой прочности и стойкости бетона, причем меньшее количество воды дает более прочный бетон.

Огнестойкость

Бетон — это материал с высокой огнестойкостью и низкой теплопроводностью. Он особенно подходит для защиты стальных конструкций, поскольку его коэффициент теплового расширения (около 0,00001 на 1° C для обычных смесей) почти такой же, как и у стали.

Испытания бетона

Испытания на сжатие проводятся с цилиндрическими образцами диаметром 15 см и высотой 30 см. Равномерно нагружаемый цилиндр при разрушении обычно образует двойной конус с общей вершиной в обычной высоте цилиндра. Прочность на сжатие имеет большое значение при проектировании больших зданий. При проектировании дорожных и защитных покрытий важна прочность на изгиб, которая складывается путем нагружения модельных балок.

Торкрет-бетон

При помощи т.н. цемент-пушки раствор и бетонная смесь разбрызгиваются под давлением сжатого воздуха на поверхность конструкций и строений в виде торкрет-бетона. Цемент-пушка постоянно загружается сухой смесью песка и цемента; дальность подачи раствора по горизонтали достигает 70 м. Торкрет-бетон обладает высокой плотностью и водонепроницаемостью; он используется при создании ответственных тонкостенных железобетонных конструкций, ремонте и усилении конструкций, устройстве покрытий и водонепроницаемых обделок (к примеру, тоннелей).

Декоративный бетон

Для декоративной отделки в бетон вводят окрашивающий заполнитель — молотый мрамор или молотое стекло.

Терраццо — это декоративный бетон из цветных цементов и дробленого мрамора, формуемый на месте в стенах и особенно в полу. Из декоративного бетона можно изготавливать облицовочные детали любой формы и всяких размеров, чем они выгодно отличаются от изделий из керамики и натурального камня.

Бетон с воздухововлекающими добавками. Вовлечение воздуха повышает долговечность бетона, в частности его стойкость к замерзанию-оттаиванию и крошению. Это исключительно важно для дорожных покрытий и панельных конструкций, подвергающихся влиянию неблагоприятных погодных условий. Промышленность выпускает много разнообразных воздухововлекающих добавок, а также воздухововлекающий цемент.

Тяжелый бетон. Тяжелый бетон используется в качестве биологической защиты от гамма-излучения ядерных реакторов. Из такого бетона производятся, например, стены, окружающие активную зону реактора. Для тяжелого бетона применяются заполнители с высокой относительной плотностью (вплоть до стальных отходов штамповки с магнетитом) и цемент, не вовлекающий воздуха, причем в любом случае производится виброуплотнение бетонной смеси после укладки.

Специальные бетоны.
Так как прочность на растяжение обычного бетона значительно меньше, чем на сжатие, разработан фибробетон — бетон с волокнистым заполнителем. При его производстве в бетоносмеситель вводится стальное, углеродное, стеклянное, асбестовое, полипропиленовое или бамбуковое волокно. Волокно повышает прочность бетона на растяжение и на изгиб, а также важную крепость. К специальным бетонам относятся также бетоны, пропитываемые полимером после удаления влаги (с последующим отверждением), получаемые добавлением мономера или полимера в бетоносмеситель, и бетоны с полной заменой цемента полимером. Они применяются для ямочного ремонта и нанесения покрытий.

Предварительно напряженный железобетон. В предварительно напряженном железобетоне растягивающие напряжения от нагрузки устраняются путем предварительного создания напряжений сжатия. При производстве железобетона прокладывается арматура из стали с высокой прочностью на растяжение, потом сталь натягивается механическим устройством и заливается бетонной смесью. После схватывания сила предварительного натяжения освобожденной стальной проволоки или троса передается окружающему бетону, так что он оказывается сжатым. Предварительное напряжение железобетона может производиться не только до, но и после схватывания бетонной смеси.