Бетон — история, виды, использование

Бетон известен более 6000 лет (Междуречье), широко использовался в Древнем Риме.

После падения Римской империи рецепт изготовления бетона был забыт на тысячу лет. Современный бетон на цементном вяжущем веществе известен с 1844 года (И. Джонсон). Патент на портландцемент получил в 1824 году Джозеф Аспдин; патент на «римский цемент» получил в 1796 году Джеймс Паркер.

Мировыми лидерами в производстве бетона являются Китай (430 млн м³ в 2006 г.) и США (345 млн м³ в 2005 г. и 270 млн м³ в 2008 г.). В России в 2008 г. было произведено 52 млн м³.

 

Изготовление

Бетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, гидрофобизаторы, и т. д.). Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Соотношение воды и цемента («водоцементное соотношение», «водоцементный модуль»; обозначается «В/Ц») — важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически, для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,2, однако у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц = 0,3—0,5.

Распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает его прочность.

 

Виды бетона

Согласно ГОСТ 25192-82, классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:

  • По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

  • По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

  • По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

  • По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

  • По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

 

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-82 используется следующая классификация

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

  • особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый;

  • тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);

  • облегченные (плотность 1800—2200 кг/м³);

  • легкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;

  • особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

 

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

  • тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);

  • жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя).

     

Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие. По ней устанавливается класс бетона. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа. Для расчёта показателя прочности необходимо учитывать и коэффициенты, например, для класса В25 нормативная прочность на сжатие, применяемая в расчетах — 18,5 МПа. Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток.

 

Прочность на сжатие

Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см². ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %:

Класс бетона по прочности / Ближайшая марка бетона по прочности

B3,5 / М50

B5 / М75

B7,5 / М100

B10 / М150

B12,5 / М150

B15 / М200

B20 / М250

B22,5 / М300

B25 / М350

B27,5 / М350

B30 / М400

B35 / М450

B40 / М550

B45 / М600

B50 М700

B55 / М750

B60 / М800

B65 / М900

B70 / М900

B75 / М1000

B80 / М1000

Для проверки прочности незатвердевшей смеси используются камеры нормального твердения, проверка прочности готовой конструкции осуществляется с помощью молотков Кашкарова, Физделя или Шмидта.

 

Обозначение бетонной смеси

Согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», обозначение бетонной смеси должно содержать:

  • степень готовности;

  • класс по прочности;

  • марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности (для легкого бетона);

  • обозначение стандарта.

Например, готовая к употреблению бетонная смесь тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25, марок по удобоукладываемости П3, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 должна обозначаться как БСГ В25 П3 F200 W6 ГОСТ 7473-94.

 

Легкий бетон

Лёгкие бетоны — группа бетонов с объёмной массой менее 1800 кг/м3. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон), бетоны на лёгких органических заполнителях (арболит, костробетон, полистиролбетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В качестве вяжущих могут быть использованы цемент, гипс, магнезиальный цемент.

Применяются лёгкие бетоны как конструкционные или теплоизоляционные материалы, обладая небольшой массой и стоимостью относительно тяжёлых бетонов.

 

Железобетон

К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

- долговечность;

- невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных;

- пожаростойкость — в сравнении со сталью;

- технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции;

- химическая и биологическая стойкость;

- высокая сопротивляемость статическим и динамическим нагрузкам.

 

К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

- невысокая прочность при большой массе — прочность бетона при растяжении в среднем в 10 раз меньше прочности стали. В больших конструкциях железобетон «несёт» больше своей массы, чем полезной нагрузки.

Выделяют сборный железобетон (ж/б конструкции изготавливаются в заводских условиях, затем монтируются в готовое сооружение) и монолитный железобетон (бетонирование выполняется непосредственно на строительной площадке).

 

Основные принципы проектирования железобетонных конструкций

Главной задачей при проектировании железобетонной конструкции является расчёт армирования. Армирование конструкций выполняется стальными стержнями. Диаметр стержней и характер их расположения определяется расчётами. При этом соблюдается следующий принцип — арматура устанавливается в растянутые зоны бетона либо в преднапряжённые сжатые зоны.

В России железобетонные элементы принято рассчитывать: по 1-ой и 2-ой группе предельных состояний.

— по несущей способности (прочность, устойчивость, усталостное разрушение);

— по пригодности к нормальной эксплуатации (трещиностойкость, чрезмерные прогибы и перемещения).

По характеру работы выделяют изгибаемые элементы (балки, плиты), центрально и внецентренно сжатые элементы (колонны, фундаменты).

 

Фибробетон

Фибробетон — разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены фибра или фиброволокна в качестве армирующего материала.

Под собирательным названием «Фибра» подразумеваются отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., волокна из металла, из стекла, полимеров (главным образом пропилена). Фибра добавляется в бетон на стадии производства бетонной смеси, выполняя функцию армирующего компонента, и способствует улучшению качества бетона, повышая его трещиностойкость, деформативность, водонепроницаемость и морозоустойчивость. Дополнительным преимуществом фибробетона является его пониженный вес по сравнению с традиционно армируемым железобетоном, что облегчает монтаж конструкций из фибробетона.

Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки. Важнейшая характеристика фибробетона - прочность на растяжение - является не только прямой характеристикой материала, но и косвенной, и отражает его сопротивление другим воздействиям. Еще одна важная характеристика фибробетона это его долговечность. По показателю работы разрушения фибробетон может в 15-20 раз превосходить бетон.

Похожие статьи

Преимущества тротуарной плитки

Начнем с такого преимущества тротуарной плитки, как долговечность. Материал этот способен прослужить многократно дольше, чем асфальт или бетон.

Брусчатка. Два способа укладки

Садоводы, которые хотят заняться перепланировкой своего участка, должны уделить время ознакомлению с садовым дизайном.