1.6. Бетоны и изделия из них

Бетонам называется искусственный камень, получаемый в результате твердения смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей: мелкого -песка и крупного - гравия или шебня. Применение заполнителей обеспечивает сокращение расхода дорогого цемента, образование жесткого скелета бетона, препятствующего его усадке, и получение бетона с заданными физико-механическими свойствами.

Бетон классифицируют по средней плотности, виду вяжущего, на котором он приготовлен, и назначению.

По средней плотности бетоны разделяют на особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/м³, тяжелые с плотностью от 1800 до 2500 кг/м³; легкие с плотностью от 500 до 1800 кг/м³ и особо легкие (ячеистые) с плотностью меньше 500 кг/м³.

Особо тяжелые бетоны изготовляют на цементе с применением специальных видов заполнителей с повышенной плотностью. Тяжелый бетон готовят на цементе и обычных плотных заполнителях. Легкие бетоны получают на цементе с применением естественных или искусственных пористых заполнителей.

Крупнопористый (беспесчаный) бетон изготовляют на цементе и крупном плотном или пористом заполнителе без мелкого заполнителя.

По назначению бетоны бывают: для несущих конструкций зданий и сооружений, гидротехнический, дорожный и др. В зависимости от состава свойства бетонов могут изменяться в широких пределах. Путем подбора материалов необходимого качества и соответствующего проектирования состава смеси можно получить бетон, удовлетворяющий предъявляемым в данном случае требованиям.

Общими положительными свойствами бетона являются его высокая прочность при сжатии, возможность придания выполняемой из него конструкции любой формы, огнестойкость и водостойкость. Возможно также получать бетоны, обладающие высокой морозостойкостью, химической стойкостью и непроницаемостью для различных жидкостей и газов.

Бетон имеет большое применение в строительстве. Качество бетона зависит от качества входящих в его состав материалов. Заполнители - песок, гравий или щебень - не должны содержать глинистые, илистые или иные примеси и должны иметь определенный зерновой состав. Вода, на которой затворяют бетон, должна быть чистой и не содержать минеральных веществ.

Существенным фактором, влияющим на прочность бетона, является количественное соотношение в бетонной смеси воды и цемента: чем меньше водоцементное отношение (В/Ц), тем выше прочность. Однако при очень малом количестве воды прочность бетона может понизиться. Повышенную прочность имеет бетон с зерновым составом заполнителей, обладающим большой плотностью. Прочность жестких (с малым количеством воды) бетонов повышается при увеличении плотности укладки.

Прочность бетона принято характеризовать пределом прочности при сжатии образцов в виде кубиков размерами 200x200x200 мм в 28-суточном возрасте. В зависимости от величины предела прочности (в кгс/см²) для бетонов установлены следующие марки: 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500 и 600. Маркам бетона соответствуют классы, приведенные в табл. 1.1.

Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением. При температуре на 2-3°С ниже нуля твердение прекращается.

В настоящее время разработаны способы получения так называемого холодного бетона, который твердеет при температурах -10...-25° С. Этого достигают путем добавки в бетон хлористых кальция или натрия. Однако эти добавки могут вызвать коррозию арматуры, поэтому применять их при железобетонных конструкциях не следует.

Прочность бетона при растяжении в 8-15 раз меньше; чем при сжатии. Поэтому и на изгиб бетон тоже работает плохо. В бетонные конструкции, подверженные воздействию растягивающих, изгибающих и скалывающих усилий вводят стальной каркас - арматуру, состоящую из отдельных стержней, которые связаны между собой проволокой или соединены сваркой. Сталь, воспринимая растягивающие усилия, создает совместно с работающим на сжатие бетоном прочную конструкцию, выдерживающую значительные нагрузки.

Таблица 1.1 Соотношения между классами и марками бетона
Класс бетона по прочности на сжатие	Средняя прочность бетона данного класса, МПа, при коэффициенте вариации 13,5%	Ближайшая марка бетона по прочности	Отклонение ближайшей марки бетона от средней прочности класса, %
В2	26,2	М25	-4,6
В2,5	32,7	М35	+ 7,0
В3,5	45,8	М50	+ 9,1
В5	65,5	М75	+ 14,5
В7.5	98,2	M100	+ 1,8
B10	131,0	М150	+ 14,5
В12.5	163,7	М150	-8,4
B15	195,5	М200	+ 1,8
В20	261,9	М250	-4,5
В22,5	294,4	М300	+ 1,9
В25	327,4	М350	+ 6,9
B30	392,9	М400	+ 1,8
В35	458,4	М450	-1,8
В40	523,9	М500	-4,8
В45	589,4	М600	+ 1,8
В50	654,8	М700	+ 6,9
В55	720,3	М700	-2,8
В60	785,8	М800	+ 1,8

Конструкции и детали из бетона, работающего совместно с арматурой, называются железобетонными. Сталь, введенная в бетон, способна сохраняться в нем, не подвергаясь коррозии (ржавлению), а сила сцепления стали с бетоном во многих случаях превышает силу сцепления частиц бетона между собой. Количество и сечения стержней арматуры зависят от величины усилий, воспринимаемых конструкцией, и определяются расчетом. На рис. 1.2 показана схема работы подвергающейся изгибу железобетонной балки с размешенным в растянутой ее зоне стальным стержнем арматуры.

В зависимости от подвижности различают: жесткую бетонную смесь (в виде слегка влажной массы) и пластичную (тестообразную).

На подвижность бетонной смеси оказывают влияние качество цемента, содержание воды в цементном тесте, крупность и форма зерен заполнителей. В целях экономии цемента подвижность бетонной смеси выбирается возможно более низкой, но все же такой, которая обеспечивала бы удобную и высококачественную ее укладку..

Рис. 1.2. Схемы расположения арматуры в железобетонных балках:

а - свободно лежащей; б - защемленной

Для количественной характеристики подвижности бетонной смеси используют прибор, при помощи которого выявляется степень растекаемости бетонной смеси (ее вязкость). Прибор представляет собой металлическую форму без дна в виде усеченного конуса высотой 300 мм с диаметром оснований - верхнего 100 и нижнего 200 мм. Форма (рис. 1.3) имеет две ручки в верхней части и два упора в нижней. Конус устанавливают на плоскую подставку и заполняют бетонной смесью в три слоя, каждый из которых уплотняется 25-кратным штыкованием стальным стержнем диаметром 15 мм.

Рис. 1.3. Измерение осадки бетонной смеси стандартным конусом

Бетонная смесь, освобожденная от формы, в той или иной мере оседает в зависимости от степени ее подвижности. Прикладывая к верхним краям формы в горизонтальном положении линейку, замеряют величину осадки бетонной смеси в миллиметрах. Жесткая бетонная смесь дает осадку, равную нулю, пластичная смесь - 10-180 мм. Кроме конуса, для оценки вязкости жестких бетонных смесей применяют специальный прибор, называемый вискозиметром.