Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения специально приготовленной смеси, состоящий из вяжущего материала, крупного и мелкого заполнителя и воды. При необходимости в бетонную смесь вводят специальные добавки, улучшающие его технологические и структурные характеристики. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и др.).
Бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства. Возможность получить материал с самым различным комплексом свойств, высокая архитектурно-строительная пластичность, сравнительная простота и доступность технологии, малая энергоемкость и возможность успешного использования местного сырья и утилизации техногенных отходов, хорошие технико-экономические показатели, экологическая безопасность - все это вывело бетон на первое место среди строительных материалов.
Технико-экономическими преимуществами бетона и железобетона являются: низкий уровень затрат на изготовление конструкций в связи с применением местного сырья, возможность применения в сборных и монолитных конструкциях различного вида и назначения, механизация и автоматизация приготовления бетона и производства конструкций. Бетонная смесь при надлежащей обработке позволяет изготавливать конструкции оптимальной формы с точки зрения строительной механики и архитектуры.
Бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять в широких пределах. Недостатком бетона, как любого каменного материала, является низкая прочность на растяжение, которая в 10-15 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток бетона устраняется в железобетоне, когда растягивающее напряжение принимает арматура. В силу этих основных преимуществ бетоны различных видов и железобетоные конструкции из них являются основой современного строительства.
В качестве вяжущего чаще всего берут портландцемент, но могут быть использованы и другие вяжущие: строительный гипс, битум, полимеры, вяжущие низкой водопотребности (ВНВ) и др. Крупный заполнитель - щебень или гравий, мелкий - песок.
В зависимости от плотности различают бетоны:
- особо тяжелые бетоны - плотностью более 2500 кг/м3, изготавливаемые на особо тяжелых наполнителях (из магнетита, барита, чугунного скрапа и др.). Эти бетоны применяют для специальных защитных конструкций;
- тяжелые бетоны - плотностью 2200-2500 кг/м3 на песке, гравии или щебне из тяжелых горных пород;
- облегченные бетоны - плотностью 1800-2200 кг/м3;
- легкие бетоны - плотностью 500-1800 кг/м3.
При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности бетоны, марки морозостойкости и водонепроницаемости. Бетон должен быть однородным - это важнейшее техническое и экономическое требование.
Тяжелый цементный бетон идет на сооружение фундамента дома, для бетонирования погреба, овощной ямы, водоема, бассейна, устройства дорожек, ступенек крыльца и др. Плиты перекрытий, плиты дорожных покрытий, перемычки, элементы оград, подвалов и фундаментов, детали колодцев и столбы освещения также изготавливают на основе тяжелого бетона.
Экономический эффект, достигаемый при применении высокопрочного бетона, заключается в том, что при более высокой стоимости данного материала по сравнению с бетонами низких классов уменьшается требуемое из расчета на прочность сечение несущей конструкции. Наибольший эффект достигается при использовании особо высокопрочного бетона в конструкциях колон высотных зданий за счет снижения количества арматуры и уменьшения сечения колонны. В качестве модификаторов в составах таких бетонов используются комплексные добавки на основе микрокремнезема и суперпластификатора.
Наиболее полно современные возможности технологии бетона получили в создании и производстве высококачественных бетонов. Под этим термином, принятым в 1993 г. совместной рабочей группой ЕКБ/ФИП, объединены многокомпонентные бетоны, которые изготавливают из смеси с ограниченным водосодержанием, с высокими эксплуатационными свойствами, прочностью, долговечностью, адсорбционной способностью, низким коэффициентом диффузии и истираемостью, надежными защитными свойствами по отношению к стальной арматуре, высокой химической стойкостью и стабильностью объема.
Высококачественные бетоны имеют прочность в возрасте 28 суток 60-150 МПа, в возрасте двух суток 30-50 МПа, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглощение менее 1-2% по массе, истираемость не более 0,3-0,4 г/см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14— 28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых.
Бетон нуждается в уходе, создающем нормальные условия твердения, в особенности в начальный период после укладки (до 15-28 сут). В теплое время года влагу в бетоне сохраняют путем поливки и укрытия. На поверхность свежеуложенного бетона наносят битумную эмульсию или его укрывают полиэтиленовым и другими пленками.
Тяжёлые бетоны изготавливаются в соответствии с ГОСТ 26633-91 «БЕТОНЫ ТЯЖЕЛЫЕ И МЕЛКОЗЕРНИСТЫЕ».
Для приготовления тяжелого бетона необходимы следующие материалы. В качестве вяжущих материалов следует применять портландцементы и шлакопортландцементы по ГОСТ 10178. Вид и марку цемента следует выбирать в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, требуемого класса бетона по прочности, марок по морозостойкости и водонепроницаемости, величины отпускной или передаточной прочности бетона для сборных конструкций на основании требований стандартов, технических условий или проектной документации на эти конструкции с учетом требований ГОСТ 23464, а также воздействия вредных примесей в заполнителях на бетон.
Портландцемент обязан быть свежим, не слежавшимся. Если есть комки, цемент просеивают через сито с размерами ячеек 5 мм. Если марка цемента выше той, которая рекомендуется для данного бетона, то надо разбавить высокоактивный цемент тонкомолотой активной добавкой, чтобы избежать перерасхода высокомарочного цемента.
В качестве мелких заполнителей для бетонов используют природный песок и песок из отсевов дробления и их смеси, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 8736, а также золошлаковые смеси по ГОСТ 25592. Песок - чистый, без глины, пыли и растительных остатков. Лучше всего подойдет песок средней крупности с песчинками диаметром 1.. .5 мм. Для приготовления тяжелых бетонов применяют природные пески, образовавшиеся в результате естественного разрушения горных пород, а также искусственные, полученные путем дробления твердых горных пород и из отсевов. Природные пески представляют рыхлую смесь зерен различных минералов, входивших в состав изверженных (реже осадочных) горных пород (кварца, полевого шпата, кальцита, слюды и др.).
В зависимости от зернового состава песок разделяют на крупный, средний, мелкий.
Мелкие частицы (пыль, ил, глина) увеличивают водопотребность бетонных смесей и расход цемента в бетоне. Поэтому содержание в песке зерен, проходящих через сито 0,16 мм, должно быть не более 10% по массе, при этом количество пылевидных, илистых и глинистых частиц, определяемых отмучиванием, не должно превышать 3%. Глина набухает при увлажнении и увеличивается в объеме при замерзании, снижая морозостойкость. Песок очищают от мелких частиц путем промывки.
В природном песке и в гравии могут содержаться органические примеси (например, продукты разложения остатков растений), в частности, органические гумусовые кислоты, которые понижают прочность бетона и даже разрушают цемент. Наличие органических примесей определяют колориметрическим (цветовым) методом.
В качестве крупных заполнителей для тяжелых бетонов используют щебень из природного камня по ГОСТ 8267, щебень из гравия по ГОСТ 10260, щебень из попутно добываемых пород и отходов горнообогатительных предприятий по ГОСТ 23254, гравий по ГОСТ 8268, а также щебень из шлаков ТЭЦ по ГОСТ 26644. В зависимости от крупности зерен щебень, гравий подразделяют на четыре фракции: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм и 40-70 мм. Щебень, гравий могут поступать в виде смеси двух или большего числа фракций. По соглашению между поставщиком и потребителем может применяться щебень фракций 3-10 мм, 10-15 мм (или 5-15),15-20 мм. Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций должен находиться в указанных ниже пределах.
Кроме того, годятся битый кирпич, куски старого бетона, битое стекло, старые гвозди, обрубки стального прутка. Нельзя применять лом цветных металлов.
Вода, применяемая для затворения бетонной смеси и поливки бетона, не должна содержать вредных примесей, препятствующих схватыванию и твердению вяжущего вещества. Для затворения бетонной смеси применяют водопроводную питьевую воду, а также природную воду (рек, естественных водоемов), имеющую водородный показатель рН не менее 4, содержащую не более 5600 мг/л минеральных солей, в том числе сульфатов не более 2700 мг/л . He допускается применять болотные, а также сточные бытовые и промышленные воды без их очистки.
Добавки для бетонов
В зависимости от назначения (основного эффекта действия) добавки для бетонов подразделяют на виды.
1. Регулирующие свойства бетонных смесей:
- пластифицирующие;
- стабилизирующие;
- водоудерживающие;
- улучшающие перекачиваемость;
- регулирующие сохраняемость бетонных смесей;
- замедляющие схватывание ускоряющие схватывание;
- поризующие (для легких бетонов): воздухововлекающие, пенообразующие, газообразующие.
2. Регулирующие твердение бетона:
- замедляющие твердение,