Все о бетоне

Бетон — строительный материал, искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент или другого), заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки.

История.

Известен более 6000 лет, 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.

Виды бетона.

По виду вяжущего вещества подразделяют на цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и другие.

По назначению различают бетоны:

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

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый
тяжёлый (плотность от 1800 до 2500 кг/м³) — гравийный, щебёночный (базальтовый, известняковый, гранитный)
легкий (плотность от 500 до 1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый
особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³)

Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие, по которой устанавливается класс бетона (обозначается латинской буквой «B» и цифрами (МПа). Например обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95% случаев выдержит давление 25 МПа. Но для расчета показателя прочности необходимо учитывать 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.

Другие важные показатели: прочность на изгиб, морозостойкость(обозначается латинской букой «F» и цифрами 50-500, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон), водонепроницаемость(обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 12, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки). Для испытаний бетона на морозостойкость и водонепроницаемость используются испытательные климатические камеры.

Эксплуатационные свойства.

Основные достоинства, которыми обладает бетон — это прочность и долговечность в сочетании с высокой пластичностью. По пластичности бетон почти не уступает полимерам, по прочности он сравним с металлом. Только под воздействием высоких температур, цементный бетон теряет прочность — становится хрупким и рассыпается. С целью улучшения эксплуатационных свойств в бетон вносят специальные добавки — модификаторы.

Защита бетона.

Гидроизоляционную защиту подразделяют на первичную и вторичную. К первичной относят мероприятия, обеспечивающие непроницаемость конструкционного материала сооружения. К вторичной — дополнительное покрытие поверхностей конструкций гидроизоляционными материалами (мембранами) со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды.

Меры первичной защиты включают в себя использование для изготовления бетона и железобетона материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость, выбор составов и технологических режимов, обеспечивающих повышенную коррозионную стойкость бетона в агрессивной среде и его низкую проницаемость. К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещиностойкости и предельно допустимой ширине раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Так же можно отнести к первичной защите применение интегральных капиллярных материалов, которые, по сути, химически модифицируют существующий бетон — гидроизоляция строительными смесями проникающего действия. При этом уплотняется структура бетона и происходит увеличение водонепроницаемости, морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы.

Задача вторичной защиты — не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и железобетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего, в качестве связующего материала, при производстве полимерных составов, применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается в уплотнении поверхностного слоя и изоляции минеральной поверхности от негативных разрушающих факторов.

Различные бетоны.

Ячеистый бетон.

Ячеистый бетон — искусственный пористый материал на основе минеральных вяжущих и кремнезёмистого заполнителя.

Предназначен в основном для строительной теплоизоляции: утепление по железобетонным плитам перекрытий и чердачных перекрытий, в качестве теплоизоляционного слоя многослойных стеновых конструкций зданий различного назначения; для теплозащиты поверхностей оборудования и трубопроводов при температуре до 400°С; жаростойкие ячеистые бетоны для теплоизоляции оборудования с температурой поверхности до 700°С.

В последние годы блоки из ячеистого бетона набирают популярность в качестве конструкционного стенового материала. Коттеджи и многоэтажные дома, построенные из ячеистого бетона, имеют лучшие тепловые характеристики по сравнению с кирпичными. Достигается это во многом благодаря правильной геометрии современных блоков. За счет четких размеров (±2 мм) блоки можно укладывать на специальный клей с клеящим слоем не более 3мм, а не на слой цементного раствора, который и служит мостиком холода.

Классификация.
В соответствии с ГОСТ 25485-89 "БЕТОНЫ ЯЧЕИСТЫЕ" бетоны классифицируются:

теплоизоляционный – объёмная масса до 200 кг/м³
теплоизоляционно-конструкционный (бетон для ограждающих конструкций) – объёмная масса 300—500 кг/м³
конструкционный (бетон для конструкционных элементов жилых и сельскохозяйственных зданий) – объёмная масса 1000—1400 кг/м³

газообразование (газобетоны, газосиликаты)
пенообразование (пенобетоны, пеносиликаты)
аэрирование (аэрированный ячеистый бетон, аэрированный ячеистый силикат).
К модификациям способов поризации относятся:
- вспучивание массы газообразованием в вакууме (небольшое разрежение)
- аэрирование массы под давлением (барботирование её сжатым воздухом) с последующим снижением давления до атмосферного (баротермальный способ)
- газопенная технология – сочетание метода аэрирования и газообразования

Лёгкие бетоны.

Лёгкие бетоны - группа бетонов с объёмной массой менее 1800 кг/м3. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, арболит, перлитобетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон).

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

Керамзитобетон.

Керамзитобетон - достаточно популярный вид легкого бетона на основе сочетания цемента, песка, керамзита и воздухововлекающих добавок (например, СДО). Обычно применяется в виде среднеразмерных стеновых керамзитобетонных блоков.

Использование керамзитобетона позволяет уменьшить потребление энергоносителей на обогрев в 3 раза, в 2 раза снизить нагрузку на фундамент, в 2 раза уменьшить затраты на рабочую силу и в 4 раза уменьшить затраты на подсобную рабочую силу.

Достоинства:

Керамзитобетонные блоки имеют хорошие характеристики по прочности.
Теплопроводность лучше, чем у обычного бетона, а стоимость в несколько раз меньше.
Керамзитобетон из-за особенностей своей структуры обеспечивает отличные звукоизоляционные свойства возводимых конструкций по сравнению с другими легкими бетонами.
Керамзитобетон характеризуется более высокой влаго- и химической стойкостью, чем цементный бетон, при воздействии на него таких агрессивных сред, как растворы сульфатов, едких щелочей, углекислоты, мягкой воды и т.д.
Отсутствие крупного фракционированного заполнителя приводит к значительному снижению веса возводимых конструкций.
При всех равных физико-механических характеристиках (прочность, плотность и пр.) керамзитобетонные блоки, по сравнению с блоками из ячеистого бетона, обладают улучшенными показателями по теплопроводности и гвоздимости коннструкций в жилищном, гражданском и промышленном строительстве.

Недостатки:

по сравнению с тяжелыми бетонами, керамзитобетонные блоки обладает высокой пористостью, что снижает их физико-механические характеристики, такие как прочность, морозостойкость, плотность.
изделия обладают достаточной хрупкостью, по сравнению с обычными бетонами, что приводит к сужению спектра применения таких изделий (например: при закладке фундамента целесообразнее использовать обычные бетоны), а при возведении массивных конструкций необходим тщательный расчет с учетом прочности изделий.

Газобетон.

Газобетон — это один из видов ячеистых бетонов (наряду с пенобетоном и газопенобетоном), представляющий из себя искусственный камень с равномерно распределёнными по всему объёму сферическими порами диаметром 1-3 мм. Качество газобетона определяет равномерность распределения, равность объёма и закрытость пор.

Основными компонентами этого материала являются цемент, кварцевый песок и алюминиевая пудра, также возможно добавление гипса и извести. Сюда могут входить и промышленные отходы, такие как, например, зола и шлаки. Сырьё смешивается с водой заливается в форму и происходит реакция воды и алюминиевой пудры, приводящая к выделению водорода, который и образует поры, смесь поднимается как тесто. После первичного затвердевания разрезается на блоки, плиты и панели. После этого изделия подвергаются закалке паром в автоклаве, где они приобретают необходимую жёсткость, либо высушиваются в условиях электроподогрева. В зависимости от условий твердения газобетон подразделяется на автоклавный газобетон и неавтоклавный газобетон.

В то же время, газобетон хорошо подлежит обработке простейшими инструментами: пилится, сверлится, строгается. В него легко забиваются гвозди, скобы. Со временем газобетон становится твёрже и твёрже. Не горит, так как состоит только из минеральных компонентов. Абсолютно экологичен, по естественной радиоактивности благополучнее железобетона и тяжёлого бетона, так как плотность материала меньше.

Физико-механические свойства.
Газобетон во многом схож с пенобетоном:

Лучшая, по сравнению с обычным пенобетоном, теплоизоляция (но много худшая, чем у теплоизоляционных материалов)
На производство газобетонного изделия требуется меньше цемента.
Газобетон по простоте обработки сравним с деревом: он легко пилится, сверлится, гвоздится.

Недостатки:

Газобетон имеет сквозные поры, и из-за этого является плохой гидроизоляцией.
Из-за своей структуры газобетон имеет относительно низкую механическую прочность.

Классификация газобетонов.
По назначению:

конструкционные.
конструкционно-теплоизоляционные.
теплоизоляционные.

По условиям твердения:

автоклавные (синтезного твердения) — твердеющие в среде насыщенного пара при давлении выше атмосферного;
неавтоклавные (гидратационного твердения) — твердеющие в естествен¬ных условиях, при электропрогреве или в среде насыщенного пара при атмосферном давлении.

По виду вяжущих и кремнеземистых компонентов подразделяют:

на известковых вяжущих, состоящих из извести-кипелки более 50 % по массе, шлака и гипса или добавки цемента до 15 % по массе;
на цементных вяжущих, в которых содержание портландцемента 50 % и более по массе;
на смешанных вяжущих, состоящих из портландцемента от 15 до 50 % по массе, извести или шлака, или шлако-известковой смеси;
на шлаковых вяжущих, состоящих из шлака более 50 % по массе в сочетании с известью, гипсом или щелочью;
на зольных вяжущих, в которых содержание высокоосновных зол 50 % и более по массе;

на природных материалах — тонкомолотом кварцевом и других песках;
на вторичных продуктах промышленности — золе-унос ТЭС, золе гидроудаления, вторичных продуктах обогащения различных руд, отходах ферросплавов и других.

ГОСТы и СНиПы.

ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые"
ГОСТ 21520-89 "Блоки из ячеистых бетонов стеновые мелкие"
СН 277-80 "Инструкция по изготовлению изделий из ячеистого бетона"

Фибробетон.

Фибробетон — разновидность цементного бетона, в котором достаточно равномерно распределены обрезки «фибры» или фиброволокна. Под собирательным названием «Фибра» подразумеваются волокна из металла, отрезки тонкой стальной проволоки, отходы гвоздевого производства и др., а также из стекла, полимеров (главным образом пропилена) и т, п. Фибра или фиброволокно выполняют функции армирующего компонента, что способствует улучшению качества бетона, повышает его трещиностойкость и деформативность.

Фибробетоны применяют в сборных и монолитных конструкциях, работающих на знакопеременные нагрузки.

Пенобетон.

Пенобетон — ячеистый бетон, имеющий пористую структуру за счёт замкнутых пор (пузырьков) по всему объёму, получаемый в результате твердения раствора, состоящего из цемента, песка, воды, и пены.

Пенобетон используют:

в классическом строительстве домов
в монолитном домостроении
пенобетон используется для тепло- и звукоизоляции стен, крыш, полов, плит, перекрытий. Такой пенобетон называют монолитным.

Пеноблок — это строительный блок, получаемый из пенобетона. Этот материал, получивший широкое распространение в последние годы, на самом деле известен ещё с XIX века. Можно сказать, что пенобетон в данный момент переживает «второе рождение».

Достоинства.
Благодаря пористой структуре пенобетон имеет ряд преимуществ:

Он обладает намного лучшими теплоизоляционными свойствами, чем обычный бетон. Но несравнимо более худшими, чем, например, пенопласт или минеральная вата.
На производство пенобетонного изделия (блок, плита, кирпич) требуется в 2-4 раза меньше цемента (по причине меньшей плотности — часть объёма занимают пустоты).
Пенобетонное изделие имеет меньшую по сравнению с бетонным массу, что снижает расходы на транспортировку, кладку и обработку. Кроме того масса сооружения получается меньшей, в результате можно сэкономить, используя более дешёвый фундамент.
Пенобетон по простоте обработки сравним с деревом: он легко пилится, сверлится, гвоздится.
Экологическая чистота аналогична бетону. При производстве пеноблока используются только цемент, песок и вода.
Пенобетон более гидроустойчив, чем газобетон, имеющий сквозные поры. Но менее, чем обычный бетон.

Недостатки.

Из-за своей структуры пенобетон имеет относительно низкую механическую прочность, ориентировочно на порядок меньшую, чем у обычного бетона, и тем более уж совершенно несравнимую с железобетоном.
Пенобетон имеет относительно «неприглядный», серый внешний вид и, как правило, нуждается в декоративной отделке.

Железобетон.

Железобетон — строительный композиционный материал материал, представляющий собой залитую бетоном стальную арматуру. Запатентован в 1867 году Жозефом Монье как материал для изготовления кадок для растений.

Термин «железобетон» абстрактен и употребляется обычно в выражении «теория железобетона». Если речь идёт о конкретном объекте, будет правильнее говорить «железобетонная конструкция», «ж/б конструкция», «железобетонные изделия».

История
Французский садовник Монье выращивал в теплицах пальмы, затем пересаживал саженцы в глиняные горшки и отправлял для продажи в Англию. Горшки в дороге бились, пальмы погибали. Садовник терпел большие убытки. Однажды раздосадованный Монье решил слепить кадку для пальмы из цемента. Он взял две деревянные бочки и поместил их одна в другую, а промежуток между стенками залил цементом, получив бетонную тонкостенную бочку. Для большей прочности он заключил её в каркас из железных стержней, а потом для красоты покрыл каркас тонким слоем жидкого цемента. После затвердения новая бочка оказалась на редкость прочной, и Монье был выдан патент на изобретение. Это случилось в 1867 году, который принято считать годом изобретения железобетона как универсального несгораемого строительного материала. Окрылённый успехом, он принялся за поиски других областей применения изобретённого материала: в 1877 году Монье запатентовал железобетонные железнодорожные шпалы, в 1880-83 годах — железобетонные перекрытия, здания, балки, своды, мосты.

В XX веке железобетон является наиболее распространённым материалом в строительстве.

Характеристики
К положительным качествам железобетонных конструкций относятся:

невысокая цена — железобетонные конструкции значительно дешевле стальных,
пожаростойкость — в сравнении со сталью и деревом,
технологичность — несложно при бетонировании получать любую форму конструкции,
химическая и биологическая стойкость — не подвержен коррозии, старению, гниению.

К недостаткам железобетонных конструкций относятся:

невысокая прочность при большой массе — прочность бетона 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).