Бетон

Бетон (далее Б) (франц. béton), искусственный каменный материал, получаемый из рационально подобранной смеси вяжущего вещества (с водой, реже без нее), заполнителей и специальных добавок (в некоторых случаях) после ее формования и твердения; один из основных строительных материалов. До формования указанная смесь называется бетонной смесью (см. Бные работы).

Историческая справка. При возведении массивных сооружений и таких конструкций, как своды, купола, триумфальные арки, еще древние римляне использовали Б и в качестве вяжущих материалов применяли глину, гипс, известь, асфальт. С падением Римской империи применение Б прекратилось и возобновилось лишь в 18 в. в западноевропейских странах.

Развитие и совершенствование технологии Б связано с производством цемента, который появился в России в начале 18 в. По архивным свидетельствам на строительстве Ладожского канала в 1728—29 был использован цемент, изготовленный на цементном заводе, существовавшем в Конорском уезде Петербургской губернии В 1824 Дж. Аспдин получил в Англии патент на способ изготовления гидравлического цемента. Первый цементный завод во был открыт в 1840, в — в 1855, в США — в 1871. Распространению Б способствовало изобретение в 19 в. железобетона.

Широкое применение Б в СССР было подготовлено трудами русских ученых Н. А. Белелюбского, А. Р. Шуляченко и И. Г. Малюги, разработавших совместно в 1881 первые нормы на портландцемент. В 1890 И. Самович опубликовал результаты испытаний прочности растворов с различным содержанием цемента и предложил составы бетонной смеси для получения Б наибольшей плотности. Профессор И. Г. Малюга в 1895 установил качественную зависимость между прочностью Б и процентным содержанием воды в массе цемента и заполнителей. В работе американского ученого Д. Абрамса, опубликованной в США в 1918, были даны подробные графические зависимости прочности Б от водо-цементного отношения и подвижности бетонной смеси, от состава Б, крупности заполнителей и водо-цементного отношения. Научные основы проектирования состава Б с учетом его прочности и подвижности бетонной смеси были развиты советским ученым Н. М. Беляевым. Представления о зависимости прочности Б от водо-цементного отношения радикально не изменялись в течение длительного времени. Швейцарский ученый Боломе упростил практическое применение этой сложной (гиперболической) зависимости путем перехода к линейной зависимости прочности Б от обратной величины — цементно-водного отношения. В течение ряда лет эта зависимость применялась на практике. В 1965 советским ученым профессором Б Г. Скрамтаевым совместно с др. исследователями было установлено, что линейная зависимость справедлива лишь в определенном диапазоне изменения цементно-водного отношения.

Классификация и области применения бетона. Б классифицируют по виду применяемого вяжущего: Б на неорганических вяжущих (цементные Б, гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные Б, жаростойкие бетоны и др. специальные Б) и Б на органических вяжущих (асфальтобетоны, пластбетоны).

Цементные Б в зависимости от объемной массы (в кг/м³) подразделяются на особо тяжелые (более 2500), тяжелые (от 1800 до 2500), легкие (от 500 до 1800) и особо легкие (менее 500).

Особо тяжелые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий); они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в особо тяжелые Б обычно вводят добавку карбида бора или др. добавки, содержащие легкие элементы —
Наиболее распространены тяжелые бетоны, применяемые в и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях (см. Гидротехнический бетон), на строительстве каналов, транспортных и др. сооружений. Особое значение в гидротехническом строительстве приобретает стойкость Б, подвергающихся воздействию морских и пресных вод и атмосферы. К заполнителям для тяжелых Б предъявляются специальные требования по гранулометрическому составу и чистоте. Суровые климатические условия ряда районов Советского Союза привели к необходимости разработки и внедрения методов зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом большое значение имеют процессы ускорения твердения Б, что достигается применением быстро-твердеющих цементов, тепловой обработкой (электропрогрев, пропаривание, автоклавная обработка), введением добавок и др. способами. К тяжелым Б относится также силикатный Б, в котором вяжущим является известь. Промежуточное положение между тяжелыми и легкими Б занимает крупнопористый (беспесчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо- или пенообразователей цементным камнем.

Легкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей легкого Б; они названы в зависимости от вида примененного заполнителя — вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и др.

По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем легкие Б подразделяются на обычные легкие Б (с полным заполнением межзернового пространства), малопесчаные легкие Б (с частичным заполнением межзернового пространства), крупнопористые легкие Б, изготовляемые без мелкого заполнителя, и легкие Б с цементным камнем, поризованные при помощи газо- или пенообразователей. По виду вяжущего легкие Б на пористых заполнителях разделяются на цементные, цементно-известковые, известково-шлаковые и силикатные. Рациональная область применения легких Б — наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный легкий Б используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их собственного веса). К легким Б относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные ячеистые бетоны с объемной массой от 500 до 1200 кг/м³. По способу образования пористой структуры ячеистые Б разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду вяжущего — на газо- и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих; на газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести; газо- и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые Б называются газо- и пенозолобетонами, газо- и пенозолосиликатами, газо- и пеношлакозолобетонами.

Особо легкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы.

Области применения Б в современном строительстве постоянно расширяются. В перспективе намечается использование высокопрочных Б (тяжелых и легких), а также Б с заданными физико-техническими свойствами: малой усадкой и ползучестью, морозостойкостью, долговечностью, трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для достижения этого потребуется проведение широкого круга исследований, предусматривающих разработку важнейших теоретических вопросов технологии тяжелых, легких и ячеистых Б: макро- и микроструктурной теорий прочности Б с учетом внутренних напряжений и микротрещинообразования, теорий кратковременных и длительных деформаций Б и др.

Физико-технические свойства Б Основные свойства Б — плотность, содержание связанной воды (для особо тяжелых Б), прочность при сжатии и растяжении, морозостойкость, теплопроводность и техническая вязкость (жесткость смеси). Прочность Б характеризуется их маркой (временным сопротивлением на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе). Марка по прочности на сжатие тяжелых цементных, особо тяжелых, легких и крупнопористых Б определяется испытанием на сжатие бетонных кубов со стороной, равной 200 мм, изготовленных из рабочего состава и испытанных после определенного срока выдержки. Для образцов монолитного Б промышленных и гражданских зданий и сооружений срок выдержки при нормальном твердении (при температуре 20 °С и относительной влажности не ниже 90%) равен 28 сут. Прочность Б в возрасте 28 сут R₂₈ нормального твердения можно определять по формуле:

R₂₈ = aR_ц(Ц/В - б),

где Р_ц — активность (прочность) цемента; Ц/В — цементно-водное отношение; а — 0,4—0,5 и б — 0,45—0,50 — коэффициенты, зависящие от вида цемента и заполнителей. Для установления марки Б гидротехнических массивных сооружений срок выдержки образцов равен 180 сут. Срок выдержки и условия твердения образцов Б сборных изделий указываются в соответствующих ГОСТах. За марку силикатных и ячеистых Б принимают временное сопротивление в кгс/см² на сжатие образцов тех же размеров, но прошедших автоклавную обработку одновременно с изделиями (1 кгс/см² " 0,1 Мн/м²). Особо тяжелые Б имеют марки от 100 до 300 (~10—30 Мн/м²⁾, тяжелые Б — от 100 до 600 (~10—60 Мн/м²). Марки высокопрочных Б — 800—1000 (~80—100 Мн/м²). Применение высокопрочных Б наиболее целесообразно в центрально-сжатых или сжатых с малым эксцентриситетом колоннах многоэтажных промышленных и гражданских зданий, фермах и арках больших пролетов. Легкие Б на пористых заполнителях имеют марки от 25 до 200 (~2,5—20 Мн/м²), высокопрочные Б — до 400 (~40 Мн/м²), крупнопористые Б — от 15 до 100 (~1,5—10 Мн/м²), ячеистые Б — от 25 до 200(~2,5—20 Мн/м²), особо легкие Б — от 5 до 50 (~0,5—5 Мн/м²). Прочность Б на осевое растяжение ниже прочности Б на сжатие примерно в 10 раз.

Требования по прочности на растяжение при изгибе могут предъявляться, например, к Б дорожных и аэродромных покрытий. К Б гидротехнических и специальных сооружений (телевизионные башни, градирни и др.), кроме прочностных показателей, предъявляются требования по морозостойкости, оцениваемой испытанием образцов на замораживание и оттаивание (попеременное) в насыщенном водой состоянии от 50 до 500 циклов. К сооружениям, работающим под напором воды, предъявляются требования по водонепроницаемости, а для сооружений, находящихся под воздействием морской воды или др. агрессивных жидкостей и газов, — требования стойкости против коррозии. При проектировании состава тяжелого цементного Б учитываются требования к его прочности на сжатие, подвижности бетонной смеси и ее жесткости (технической вязкости), а при проектировании состава легких и особо тяжелых Б — также и к плотности. Сохранение заданной подвижности особенно важно при современных индустриальных способах производства; чрезмерная подвижность ведет к перерасходу цемента, а недостаточная затрудняет укладку бетонной смеси имеющимися средствами и нередко приводит к браку продукции. Подвижность бетонной смеси определяют размером осадки (в см) стандартного бетонного конуса (усеченный конус высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см, верхнего — 10 см). Жесткость устанавливается по упрощенному способу профессора Б Г. Скрамтаева либо с помощью технического вискозиметра и выражается временем в сек, необходимым для превращения конуса из бетонной смеси в равновеликую призму или цилиндр. Эти исследования производят на стандартной лабораторной виброплощадке с автоматическим выключателем, используемой также при изготовлении контрольных образцов. Градации подвижности бетонной смеси приводятся в табл.
Градации подвижности бетонной смеси<

Бная смесь	Жесткость по техническому вискозиметру (сек)	Осадка конуса (см)
Жесткая	более 60	0
Умеренно жесткая	30-60	0
Малоподвижная	15-30	1-5
Подвижная	5—15	5-10
Сильноподвижная	—	10-15
Литая	—	15-25

Выбор бетонной смеси по степени ее подвижности или жесткости производят в зависимости от типа бетонируемой конструкции, способов транспортирования и укладки Б Наряду с ценными конструктивными свойствами Б обладает также и декоративными качествами. Подбором компонентов бетонной смеси и подготовкой опалубок или форм можно видоизменять окраску, текстуру и фактуру Б; фактура зависит также и от способов механической и обработки поверхности Б Пластическая выразительность сооружений и скульптуры из Б усиливается его пористой, поглощающей свет поверхностью, а богатая градация декоративных свойств Б используется в отделке интерьеров и в декоративном искусстве.

Лит.: Малюга И. Г., Состав и способ приготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости, СПБ, 1895; Самович И., Составление пропорций цементных растворов и бетонов, "Инженерный журнал", 1890, № 7—8 и 9; Беляев Н. М., Метод подбора состава бетона, Л., 1927; Скрамтаев Б Г., Исследование прочности бетона и пластичности бетонной смеси, М., 1936 (Дисс.); Москвин В. М., Б для морских гидротехнических сооружений, М., 1949; Шестоперов С. В., Долговечность бетона транспортных сооружений, 3 изд., М., 1966; Миронов С. А., Малин и на Л. А., Ускорение твердения бетона, 2 изд., М., 1964; СНиП, ч. 1, разд. В, гл. 3. Бы на неорганических вяжущих и заполнителях, М., 1963; Десов А. Е., Тяжелые и гидратные бетоны. (Для защиты от радиоактивных воздействий), М., 1956; Некрасов К. Д., Жароупорный бетон, М., 1957; Суздальцева А. Я., Б в современной архитектуре, М., 1968; Taylor . Н., Concrete technology and practice, 2 ed., . ., 1967.

Библ.: Библиографический справочник литературы по технологии бетона за 1895—1940, под ред. Б Г. Скрамтаева, М., 1941.

А. Е. Десов.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.