Бетон

18 Окт 2021, 10:29

Бетон

Бетон – искусственный каменный материал, полученный в результате формования и твердения бетонной смеси, состоящей из щебня (гравия), песка, цемента, воды и специальных добавок, взятых в определенных пропорциях.

Возможность полной механизации и автоматизации технологических процессов – существенная положительная характеристика бетона как прогрессивного строительного материала. Бетонные работы можно выполнять в короткие сроки и в любое время года. Недостатки – малая прочность при изгибе (растяжении), для устранения указанного недостатка в бетонные изделия вводят металлические стержни, сетки (арматуру).

Бетоны классифицируют по следующим признакам:

по средней плотности,
целевому назначению,
виду вяжущего,
виду заполнителей.

Со средней плотностью связаны основные свойства – прочность, морозостойкость, водонепроницаемость, теплопроводность и др. По средней плотности различают: особо тяжелые со средней плотностью более 2500 кг/м3, тяжелые – 1800-2500 кг/м3, легкие – 500-1800 кг/м3.

По назначению и условиям применения бетоны разделяют на:

тяжелые (обычные), предназначенные для бетонных и железобетонных мостовых и промышленных конструкций;
дорожные – для бетонных покрытий и колейных железобетонных покрытий автомобильных дорог;
гидротехнические – для плотин, шлюзов и других сооружений;
специальные – легкие, жаростойкие и др.

По виду вяжущего бетоны могут быть на основе:

цементных,
известковых,
гипсовых,
шлаковых
специальных вяжущих.

По виду заполнителей различают бетоны на:

плотных,
пористых,
специальных заполнителях.

Бетонной смесью принято называть рационально составленную и однородно перемешанную смесь компонентов бетона до начала схватывания и твердения.

Наибольшее влияние на свойства бетонной смеси оказывает содержание воды в ней, которое должно быть оптимальным. Для каждой бетонной смеси имеется свой верхний предел содержания свободной воды. Этот предел называют водоудерживающей способностью бетонной смеси (Вц), которая должна удовлетворять условию (В – Вп – Вщ)/Ц 1,65 НГ, (5) где В, Ц – расход воды и цемента на 1 м3 бетона; Вп, Вщ – расход воды, удерживаемый песком и щебнем. Продолжительность транспортирования бетонной смеси не должна превышать 30 мин при температуре воздуха от 200С до 300С и 60 мин при температуре воздуха ниже 200С.

Основные свойства обычного тяжелого бетона

В дорожном строительстве наибольшее распространение получил обычный тяжелый бетон. В структуре тяжелого бетона 20-30 % его объема занимает цементный камень, а 70-80 % приходится на долю заполнителя. Прочность бетона – одно из главных его строительно-технических свойств, которое определяет способность бетона противостоять внешним механическим усилиям. В настоящее время, предъявляя требования к прочности бетона, обычно определяют его марку. Марка бетона определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов, изготовленных из рабочей бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях (t = 15-20 0С), относительная влажность воздуха 90-100 %. Для тяжелого бетона установлены следующие марки: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М550, М600, М700, М800. В обозначении марки используют букву М, например, марка бетона М550 означает, что его предел прочности при сжатии не менее 55 МПа. Морозостойкость дорожного бетона устанавливают в зависимости от климатических условий, о которых судят по среднемесячной температуре наиболее холодного месяца: суровые — ниже – 15 С, умеренные – от -5 до -15 0С, мягкие – от -5 до 0 0С. Морозостойкость бетона, его прочность и сопротивление поверхностному износу возрастают с уменьшением В/Ц, поэтому верхний слой покрытий должен иметь морозостойкость не ниже F200, в умеренном F150, в мягком F100. Морозостойкость – способность бетона, находящегося в увлажненном или насыщенном водой состоянии, противостоять систематическому действию знакопеременных температур окружающей среды без изменения структурных и физико-механических характеристик. Морозостойкость бетона количественно оценивается маркой по морозостойкости. За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы бетона без снижения прочности на сжатие более 5 %, по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте. Установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости: F50, F75, F100, F200, F300, F400, F500, F600, F800, F1000.

Бетоны для дорожного строительства

Бетон для дорожных покрытий дополнительно характеризуют марки по прочности на растяжение при изгибе. Прочность бетона на растяжение при изгибе определяется путем испытания образцов-призм квадратного сечения. За базовый принимается образец 15х15х60 см, испытуемый при расстоянии между опорами 45 см. Введено понятие класса прочности бетона, который связан с маркой (средней прочностью бетона) соотношением В= Rср (1 + t∙y), (6)

где В – класс прочности бетона, МПа;

Rср – средняя прочность бетона, МПа;

t – коэффициент обеспеченности класса бетона, t=1,64;

y – коэффициент вариации, 13,5 %.

Прочность бетона как материала конгломератного строения зависит от прочности отдельных его составляющих (цементного камня, зерен щебня и песка), прочности сцепления между ними, а также особенностей структуры бетона в целом. Количество воды для процессов гидролиза и гидратации цемента составляет 10-20 % от его массы. Однако в этом случае смесь получается жесткой, труднообрабатываемой и пониженной прочности. Оптимальное водоцементное отношение, при котором прочность бетона наибольшая, определяется условиями удобообрабатываемости смеси. Оптимальное В/Ц находится в пределах 0,4 — 0,5, а при усиленном уплотнении (вибрировании, виброштамповании) – 0,25 — 0,4. Если в бетоне значение В/Ц выше оптимального, создается избыток воды, которая увеличивает пористость цементного камня и понижает прочность бетона.

Основными вяжущими веществами для дорожного бетона являются портландцемент, пластифицированный портландцемент, и гидрофобный портландцемент без минеральных добавок. Для оснований капитальных покрытий используют также портландцемент с минеральными добавками и шлакопортландцемент.

Для приготовления дорожного бетона применяют щебень, гравий и щебень из гравия, а также щебень из доменного шлака. Мелкозернистые бетоны имеют размер щебня до 10 мм, крупнозернистые — до 150 мм. Для дорожных покрытий наибольший размер щебня в цементобетоне 40 мм, для оснований – 70 мм. Дорожный цементобетон является разновидностью бетона, обладает повышенной прочностью на растяжение при изгибе, износа- и морозостойкостью. Его применяют для устройства цементобетонных покрытий и оснований автомобильных дорог, аэродромов. Бетон в дорожных покрытиях находится в неблагоприятных условиях. Покрытие работает на изгиб как плита на упругом основании. Поэтому основным показателем механических свойств бетона является прочность на растяжение при изгибе. Прочность при сжатии является косвенной характеристикой износостойкости (истираемости) бетона.