Бетон - штучний кам'яний матеріал, що отримується в результаті тверднення спеціально приготовленої суміші, що складається з терпкого матеріалу, великої та дрібної заповнювача та води. При необхідності в бетонну суміш вводять спеціальні добавки, що покращують його технологічні і структурні характеристики. Склад бетонної суміші повинен забезпечити бетону до певного терміну задані властивості (міцність, морозостійкість, водонепроникність та ін.)
Бетон є головним будівельним матеріалом, який застосовують у всіх областях будівництва. Можливість отримати матеріал з самим різним комплексом властивостей, висока архітектурно-будівельна пластичність, порівняльна простота і доступність технології, мала енергоємність і можливість успішного використання місцевої сировини і утилізації техногенних відходів, хороші техніко-економічні показники, екологічна безпека - все це вивело бетон на перше місце серед будівельних матеріалів.
Техніко-економічними перевагами бетону та залізобетону є: низький рівень витрат на виготовлення конструкцій у зв'язку з застосуванням місцевої сировини, можливість застосування в збірних і монолітних конструкціях різного виду та призначення, механізація і автоматизація приготування бетону і виробництва конструкцій. Бетонна суміш при належній обробці дозволяє виготовляти конструкції оптимальної форми з точки зору будівельної механіки і архітектури.
Бетон довговічний і вогнестійкий, його щільність, міцність і інші характеристики можна змінювати в широких межах. Недоліком бетону, як будь-якого кам'яного матеріалу, є низька міцність на розтяг, яка в 10-15 разів нижче міцності на стиск. Цей недолік бетону усувається в залізобетоні, коли розтягуюче напруга приймає арматура. У силу цих основних переваг бетони різних видів і залізобетонні конструкції з них є основою сучасного будівництва.
В якості в'яжучого найчастіше беруть портландцемент, але можуть бути використані й інші в'яжучі: будівельний гіпс, бітум, полімери, в'яжучі низькою водопотребности (ВНВ) та ін Великий заповнювач - щебінь або гравій, дрібний - пісок.
У залежності від щільності розрізняють бетони:
- Особливо важкі бетони - щільністю більше 2500 кг/м3, що виготовляються на особливо важких наповнювачах (з магнетиту, бариту, чавунного скрапу та ін.) Ці бетони застосовують для спеціальних захисних конструкцій;
- Важкі бетони - густиною 2200-2500 кг/м3 на піску, гравію або щебені з важких гірських порід;
- Полегшені бетони - густиною 1800-2200 кг/м3;
- Легкі бетони - щільністю 500-1800 кг/м3.
При проектуванні бетонних і залізобетонних конструкцій призначають необхідні характеристики бетону: клас (марку) міцності бетони, марки морозостійкості і водонепроникності. Бетон повинен бути однорідним - це найважливіше технічне та економічне вимогу.
Важкий цементний бетон йде на спорудження фундаменту будинку, для бетонування льоху, овочевий ями, водойми, басейну, пристрої доріжок, сходинок ганку і ін Плити перекриттів, плити дорожніх покриттів, перемички, елементи огорож, підвалів і фундаментів, деталі колодязів і стовпи освітлення також виготовляють на основі важкого бетону.
Економічний ефект, що досягається при застосуванні високоміцного бетону, полягає в тому, що при більш високій вартості даного матеріалу в порівнянні з бетонами низьких класів зменшується потрібне з розрахунку на міцність переріз несучої конструкції. Найбільший ефект досягається при використанні особливо високоміцного бетону в конструкціях колон висотних будівель за рахунок зниження кількості арматури і зменшення перетину колони. В якості модифікаторів у складах таких бетонів використовуються комплексні добавки на основі мікрокремнезема і суперпластифікатора.
Найбільш повно сучасні можливості технології бетону отримали у створенні та виробництві високоякісних бетонів. Під цим терміном, прийнятим у 1993 р. спільною робочою групою ЕКБ / ФІП, об'єднані багатокомпонентні бетони, які виготовляють з суміші з обмеженим водосодержаніем, з високими експлуатаційними властивостями, міцністю, довговічністю, адсорбційну здатність, низьким коефіцієнтом дифузії і стираністю, надійними захисними властивостями по відношенню до сталевої арматури, високою хімічною стійкістю і стабільністю об'єму.
Високоякісні бетони мають міцність у віці 28 діб 60-150 МПа, у віці двох діб 30-50 МПа, морозостійкість F600 і вище, водонепроникність W12 і вище, водопоглинання менше 1-2% за масою, стираність не більше 0,3-0, 4 г/см2, регульовані показники деформативності, в тому числі з компенсацією усадки у віці 14 - 28 діб природного твердіння, високу газонепроникність. У реальних умовах прогнозований термін служби такого бетону перевищує 200 років. Можливе одержання супердолговечних бетонів з термінами служби до 500 років, що підтверджується дослідженнями японських учених.
Бетон потребує догляду, що створює нормальні умови твердіння, особливо в початковий період після укладання (до 15-28 діб). У теплу пору року вологу в бетоні зберігають шляхом поливання та укриття. На поверхню свіжоукладеного бетону наносять бітумну емульсію або його вкривають поліетиленовим та іншими плівками.
Важкі бетони виготовляються відповідно до ГОСТ 26633-91 «БЕТОНИ ВАЖКІ і дрібнозернистих».
Для приготування важкого бетону необхідні наступні матеріали. В якості в'яжучих матеріалів слід застосовувати портландцемент і шлакопортландцемент за ГОСТ 10178. Вид і марку цементу слід вибирати відповідно до призначення конструкцій і умовами їх експлуатації, необхідного класу бетону за міцністю, марки за морозостійкістю і водонепроникністю, величини відпускної або передаточної мiцностi бетону для збірних конструкцій на підставі вимог стандартів, технічних умов або проектної документації на ці конструкції з урахуванням вимог ГОСТ 23464, а також впливу шкідливих домішок у заповнювачах на бетон.
Портландцемент зобов'язаний бути свіжим, не злежався. Якщо є грудки, цемент просівають через сито з розмірами вічок 5 мм. Якщо марка цементу вище тієї, яка рекомендується для даного бетону, то треба розбавити високоактивний цемент тонкомолотої активною добавкою, щоб уникнути перевитрати високомарочного цементу.
Як дрібні заповнювачі для бетонів використовують природний пісок та пісок із відсівів подрібнення та їх суміші, що задовольняють вимогам ГОСТ 8736, а також золошлакові суміші за ГОСТ 25592. Пісок - чистий, без глини, пилу і рослинних залишків. Найкраще підійде пісок середньої крупності з піску діаметром 1 .. .5 Мм. Для приготування важких бетонів застосовують природні піски, що утворилися в результаті природного руйнування гірських порід, а також штучні, отримані шляхом дроблення твердих гірських порід і з відсівів. Природні піски пухку суміш зерен різних мінералів, що входили до складу вивержених (рідше осадових) гірських порід (кварцу, польового шпату, кальциту, слюди та ін.)
Залежно від зернового складу пісок поділяють на великий, середній, дрібний.
Дрібні частинки (пил, мул, глина) збільшують водопотребность бетонних сумішей і витрата цементу в бетоні. Тому вміст у піску зерен, що проходять через сито 0,16 мм, повинно бути не більше 10% за масою, при цьому кількість пилуватих, мулистих і глинистих частинок, які визначаються відмучуванням, не повинно перевищувати 3%. Глина набухає при зволоженні і збільшується в обсязі при замерзанні, знижуючи морозостійкість. Пісок очищають від дрібних частинок шляхом промивання.
У природному піску та в гравії можуть міститися органічні домішки (наприклад, продукти розкладання залишків рослин), зокрема, органічні гумусові кислоти, які знижують міцність бетону і навіть руйнують цемент. Наявність органічних домішок визначають колориметричним (кольоровим) методом.
Як крупні заповнювачі для важких бетонів використовують щебінь з природного каменю за ГОСТ 8267, щебінь з гравію за ГОСТ 10260, щебінь з попутно видобутих порід і відходів гірничо-збагачувальних підприємств за ГОСТ 23254, гравiй за ГОСТ 8268, а також щебінь із шлаків ТЕЦ за ГОСТ 26644 . У залежності від крупності зерен щебінь, гравій поділяють на чотири фракції: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм і 40-70 мм. Щебінь, гравій можуть надходити у вигляді суміші двох або більшої частини фракцій. За угодою між постачальником і споживачем може застосовуватися щебінь фракцій 3-10 мм, 10-15 мм (або 5-15) ,15-20 мм. Зерновий склад кожної фракції або суміші фракцій повинен перебувати у зазначених нижче межах.
Крім того, годяться бита цегла, шматки старого бетону, бите скло, старі цвяхи, обрубки сталевого прутка. Не можна застосовувати брухт кольорових металів.
Вода, що застосовується для замішування бетонної суміші і поливання бетону, не повинна містити шкідливих домішок, що перешкоджають схоплювання і твердіння в'яжучого речовини. Для замішування бетонної суміші застосовують водопровідну питну воду, а також природну воду (річок, природних водойм), що має водневий показник рН не менше 4, що містить не більше 5600 мг / л мінеральних солей, в тому числі сульфатів не більше 2700 мг / л. He допускається застосовувати болотні, а також стічні побутові і промислові води без їх очищення.
Добавки для бетонів
У залежності від призначення (основного ефекту дії) добавки для бетонів підрозділяють на види.
Регулюючі властивості бетонних сумішей:
пластифікуючі;
стабілізуючі;
водоутримуючі;
поліпшують перекачування;
регулюють зберігання бетонних сумішей;
сповільнюють тужавлення прискорюють тужавлення;
поризуючі (для легких бетонів): воздухововлекающие, піноутворюючі, газоутворюючі.
2. Регулюючі твердіння бетону:
сповільнюють тверднення,
прискорюють тверднення.
3. Підвищувальні міцність і (або) корозійну стійкість, морозостійкість бетону та залізобетону, що знижують проникність бетону: водоредукуючі, кольматуючі, газоутворюючі, воздухововлекающие, що підвищують захисні властивості бетону по відношенню до сталевої арматури (інгібітори корозії сталі).
4. Надає бетону спеціальні властивості: протиморозні (забезпечують тверднення при мінусових температурах); гідрофобізуючі.
Реологічні властивості бетонної суміші
Приготування важкого бетону аналогічно виготовленню опілкобетона або арболіта. Бетонної сумішшю називають раціонально складену і ретельно перемішану суміш компонентів бетону до початку процесів схоплювання і твердіння. Склад бетонної суміші визначають, виходячи з вимог до самої суміші і до бетону.Основной структуроутворюючої складової в бетонної суміші є цементне тісто.
Незалежно від виду бетону бетонна суміш повинна відповідати двом основним вимогам: мати гарну легко укладатися, відповідної застосовуваному способу ущільнення і зберігати при транспортуванні і укладанні однорідність, досягнуту при готуванні.
При дії зростаючого зусилля бетонна суміш спочатку зазнає пружні деформації, коли ж подолана структурна міцність, вона тече подібно в'язкої рідини. Тому бетонну суміш називають пружно-пластично-в'язким тілом, що має властивості твердого тіла і справжньої рідини. Властивість бетонної суміші розріджуватися при механічних впливах і знову загусати в спокійному стані називається тиксотропией.
Технічні властивості бетонної суміші
При виготовленні залізобетонних виробів і бетонуванні монолітних конструкцій найважливішою властивістю бетонної суміші є легкоукладальність (або удобоформуемость), тобто здатність заповнювати форму при даному способі ущільнення, зберігаючи свою однорідність. Для оцінки легкоукладальності використовують три показники:
- Рухливість бетонної суміші (П), що є характеристикою структурної міцності суміші;
- Жорсткість (Ж), що є показником динамічної в'язкості бетонної суміші;
- Зв'язність, яка характеризується водовідділення бетонної суміші після її відстоювання. Рухливість бетонної суміші характеризується вимірюваної осадкою (см) конуса (ОК), відформованого з бетонної суміші, що підлягає випробуванню. Рухливість бетонної суміші обчислюють як середнє двох визначень, виконаних з однієї проби суміші. Якщо осаду конуса дорівнює нулю, то легкоукладальність бетонної суміші характеризується жорсткістю.
Жорсткість бетонної суміші характеризується часом (с) вібрування, необхідним для вирівнювання та ущільнення попередньо відформованого конуса бетонної суміші в приладі для визначення жорсткості. Зв'язність бетонної суміші обумовлює однорідність будови і властивостей бетону. Дуже важливо зберегти однорідність бетонної суміші під час перевезення, укладанні у форму та ущільненні. При ущільненні рухливих бетонних сумішей відбувається зближення складових її зерен, при цьому частина води віджимається нагору. Зменшення кількості води замішування при застосуванні пластифікуючих добавок і підвищення водоудерживающей здатності бетонної суміші шляхом правильного підбору зернового складу заповнювачів є головними заходами боротьби з розшаруванням рухливих бетонних сумішей.
Укладання бетонної суміші також аналогічна укладанні опілкобетона. При бетонуванні фундаменту, якщо є булижники або валунні камені, не важко приготувати бутобетон. Для цього бетонну суміш укладають в опалубку і за допомогою трамбування в неї забучівают булижники. Важливо, щоб кожен камінь був закритий з усіх сторін бетонної сумішшю і не виступав над її поверхнею. При перемішуванні бетонної суміші в. результаті взаємного розподілу часток обсяг отриманої суміші складе 0,6 ... 0,7 від розрахункового, тобто замість 100 л розчину вийде 60 .. .70 Л. Це необхідно врахувати при визначенні кількості потрібного бетону.
Застосування модифікаторів різного призначення дозволяє в широких межах змінювати будівельно-технологічні властивості бетонних сумішей. Завдяки високій рухливості бетонної суміші, за рахунок використання суперпластифікатора, при низькому значенні водоцементного відносини суміш легко подається до місця укладання в опалубку за допомогою бетононасосів.
У ряді випадків застосування суперпластифікаторів спільно з іншими модифікуючими добавками дозволяє повністю відмовитися від використання віброущільнення. Для зниження розшарування бетонної суміші до складу модифікаторів включають стабілізуючі добавки. Завдяки застосуванню модифікаторів бетону, висота подачі бетонної суміші за допомогою бетононасосів при бетонуванні конструкцій висотних будівель склала більше 400 метрів.
При використанні у складі модифікаторів добавок регуляторів термінів схоплювання і твердіння вдалося домогтися безперервної подачі бетонної суміші при поярусно бетонуванні. Це дозволило практично в 2 рази скоротити терміни зведення висотних будівель із залізобетонними конструкціями, що несуть.
Для приготування важкого бетону і виготовлення залізобетонних конструкцій в даний час застосовуються в'яжучі низькою водопотребности (ВНВ), приготованих з суперпластифікаторів С-3 на заводах збірного залізобетону та будівельних майданчиках.
ВНВ представляє собою новий клас високоефективних гідравлічних в'яжучих речовин, що мають ряд переваг в порівнянні з традиційним портландцементом. В основі процесу отримання ВНВ лежить механо-хімічна активація сировинної композиції при оптимальному співвідношенні компонентів. На основі цих в'яжучих створюються будівельні матеріали низької енергоємності.
В'язкі низькою водопотребности застосовуються в будівництві при зведенні монолітних будівель і споруд, при виробництві збірних бетонних та залізобетонних виробів і там, де потрібні безвібраціонной технології та беспропарочние режими тверднення виробів.
При цьому досягається висока економічна ефективність, тому що за технологією отримання ВНВ з наявного клінкеру можна одержувати в 1,5-2 рази більше в'язкого матеріалу нормальної якості і значно заощаджувати енерговитрати на його виробництво (80 кг умовного палива проти 210 кг), а також знизити транспортні витрати. Створення нових видів в'яжучих забезпечує зниження витрати клінкерної частини цементу в порівнянні з сучасним рівнем на 40-50%, наближає виробництво в'яжучого до об'єктів будівництва і, як наслідок, знижує транспортні витрати до 70%.
Застосування ВНВ дозволяє потенційно збільшити реальну активність цементу в 2-2,8 рази, і відповідно, міцність бетону в 1,5-2 рази. Подальше підвищення міцності обмежується властивостями і характеристиками заповнювачів. Ясно, що такий приріст міцності може бути реалізований у вигляді істотних технологічних переваг.
Потенційні можливості збільшення міцності бетону можуть бути перетворені в різні перевищені інші його характеристики і особливо технологічні його властивості. Впровадження ВНВ з цієї точки зору забезпечує можливості розширення цих властивостей, які дозволяють говорити про принципово нові технологічні можливості бетонних сумішей.
Необхідно зазначити, що використання ВНВ замість цементу з різними добавками, що вводяться в бетономішалку, значно (в 2-3 рази) збільшує час початку і закінчення тужавлення бетонної суміші, що дозволяє перевозити її на значно більші відстані. Це в свою чергу призведе до того, що в цілому по кожному району будівництва можна буде обходитися меншою кількістю бетонних заводів.
Застосування ВНВ дозволяє скоротити в зимових умовах догляду за бетонною сумішшю, а також зменшити тривалість технологічних перерв, призначуваних зазвичай для набору міцності бетону. Може бути скорочено так само час догляду за свіжоукладеного бетону в жарку пору року і, природно, знижені витрати праці, витрати води і т. д.
У цілому ж застосування ВНВ в умовах будмайданчика, розширюючи технологічні та фізико-механічні властивості бетону та умови його застосування не вимагає яких-небудь істотних змін у технології бетонних робіт.
Поступовий перехід до більш ефективних видів бетону буде зумовлений їх більш високою якістю і відповідно більшою конкурентоспроможністю на будівельному ринку, великими можливостями в створенні нових видів конструкцій, зведенні будинків і споруд, всебічною зниженням експлуатаційних витрат і інвестиційних ризиків при будівництві складних інженерних об'єктів.
Бібліографічний список літератури
Баженов Ю. Академік РААСН; Фалікман В., член-кореспондент РІА. Ефективні бетони і технології - перспектива їх розвитку. / / "Будівельна газета" N 44 от13.11.2001.
Боєв С. Бетонна веселка. / / "Будівельний Сезон". -2003. - № 13.
Баженов М.М. Нові ефективні бетони і технології. / / Будівельні матеріали, обладнання, технології XXI століття. - 2001. - № 2.
Гридчин А.М., Лісовик Р. В. Особливості виробництва в'яжучих низькою водопотребности і бетону на його основі з використанням техногенної полімінерального піску. / / Будівельні матеріали обладнання, технології XXI століття. - 2002. - № 1.
ГОСТ 26633-91 «Бетони важкі і дрібнозернисті».
Жуков О. Д. Модифіковані бетони для будівництва висотних будівель. / / Http://www.d-mir.ru/
Лісовик В.С., Гладков Д.І., Елістраткін М.Ю., Доповідь / електрофізичних технологія ніздрюватобетонних виробів - БелГТАСМ, 2000.
Перспективні технології та нові розробки / / джерело: www. Sibindustry. Ru, 2004.
Сидоров В.А., Бєлов І.А. Модифікатори протиморозної дії / / джерело: http://www.beton.ru/
Файнер М.Ш. Нові закономірності в бетоноведеніі та їх практичне застосування. - Київ, Наукова думка, 2001.