Бетон , его марки и применение

Марки и классы бетона

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости.
За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию (кгс/см2) эталонных образцов-кубов.
За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см2) контрольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение.
Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.
Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.
Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций в возрасте 28 суток, для сборных конструкций - в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями.
Проектную марку бетона монолитных конструкций разрешается устанавливать при специальном обосновании в возрасте 90 или 180 суток в зависимости от сроков загружения, что позволяет экономить цемент.
Прочность бетона определяют путем испытания образцов, которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов.
Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопротивления растяжению замедляется в области высокопрочных бетонов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10-1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе - 1/6-1/10.

Однородность прочности и класс бетона

Бетон должен быть однородным - это важнейшее техническое и экономическое требование. Для оценки однородности бетона данной марки используют результаты контрольных испытаний бетонных образцов за определенный период времени, имеется в виду, что стандартные образцы твердели в одинаковых условиях одно и то же время. Прочность бетонных образцов будет колебаться, отклоняясь от среднего значения в большую и меньшую стороны. На прочности сказываются колебания в качестве цемента и заполнителей, точность дозирования составляющих, тщательность приготовления бетонной смеси и другие факторы.
Для повышения однородности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, повышение уровня технологической дисциплины, автоматизация производства.
Следовательно, для нормирования прочности необходимо использовать стандартную характеристику, которая гарантировала бы получение бетона заданной прочности с учетом возможных ее колебаний. Такой характеристикой является класс бетона.
Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.
Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Взаимодействие цемента с водой прекращается, если бетон высыхает или замерзает. Раннее высыхание и замерзание бетона непоправимо ухудшает его строение и свойства.
Бетон нуждается в уходе, создающем нормальные условия твердения, в особенности в начальный период после укладки (до 15-28 суток). В теплое время года влагу в бетоне сохраняют путем поливки и укрытия. На поверхность свежеуложенного бетона наносят битумную эмульсию или его укрывают полиэтиленовыми и другими пленками.
Характер нарастания прочности бетонов, изготовленных на портландцементе и твердевших в нормальных условиях (во влажном воздухе с температурой 18-22°С). Приближенно можно считать, что прочность бетона со временем увеличивается примерно по логарифмическому закону: Rn = R28(lgn / lg28), где Rn - прочность бетона в возрасте n сут (не менее трех суток); R28 - марка бетона; n - число дней твердения бетона. Эту формулу используют при ориентировочных расчетах времени распалубки.
Более точно прочность бетона в промежуточные сроки твердения определяется по опытной кривой нарастания прочности бетона, которая может быть построена по результатам испытания образцов 3, 7, 28, 90 - суточного возраста. Бетон при нормальных условиях твердения имеет низкую начальную прочность и только через 7-14 сут приобретает 60-80% марочной прочности

За марку бетона по морозостойкости

принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают образцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте, а для дорожного бетона, кроме того, без потери массы более 5%. Установлены марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

По водонепроницаемости

бетон делят на марки W2, W4, W6, W8 и W12, причем марка обозначает давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания.

Несомненно надо быть специалистом - строителем, чтобы сразу определить какой марки бетон нужен именно для ваших строительных работ. Мы постараемся привести несколько конкретных примеров применения бетона наиболее распространненых марок.

Первые строительные растворы, обладающие связывающими свойствами появились еще до нашей эры.
Историки и исследователи говорят, что в эпоху металлов (3200–1500 гг. до н. э.) известковый раствор уже использовался в строительстве. А за 100 лет до н. э. римляне применяли цемент из извести и каменных заполнителей.
Четверть века назад мир облетело предположение швейцарского профессора-химика Джозефа Давидовица об искусственном изготовлении блоков, из которых сложена пирамида Хеопса. Обследуя известняковые блоки, он в каменной массе одного из них нашел человеческий волос. Внутри камня волос мог оказаться лишь в одном случае: если при замешивании раствора он упал в смесь с головы рабочего.
Гипотеза Давидовица снимает многие неразрешимые иным способом противоречия. В частности, если получалось отливать блоки из бетона, на стройплощадке могло находиться всего полторы тысячи рабочих, а не десятки тысяч.
Самым решительным противником Давидовица оказался итальянский египтолог Серджио Донадони. Он напомнил об обнаруженных на многих известняковых блоках пирамиды специальных метках — то ли фирменных клеймах их изготовителя, то ли значках, технологически необходимых для того, чтобы облегчить укладку блоков. Эта маркировка оправдана только в случае, если ее оставляют камнерезы. Будь блоки отлиты из бетона, клейма утратили бы всякий смысл. Но Давидовиц не сдавался. Результатом его дальнейших поисков стала надпись на стеле периода III династии. Расшифрованные иероглифы содержали рецепт приготовления древнего бетона. Швейцарский профессор выявил 13 компонентов древнеегипетского рецепта, запатентовал “новый старый” бетон и начал его коммерческое производство.
Российский путешественник Виталий Сундаков считает, что известняковая пыль и песок, смоченные водой, вполне могли образовать твердую массу. Заведующий лабораторией химических добавок и модифицированных бетонов НИИЖБ, заслуженный деятель науки России, доктор технических наук, профессор Батраков прокомментировал данную ситуацию следующим образом: в сооружениях древнего мира можно было встретить грунт, глину, известняк, а вяжущим веществом часто была так называемая кипелка — неводостойкая известь. Зато в Италии нашли кремнезем, по виду напоминающий песок, но более рыхлый, вот он-то как раз и придает извести водостойкость. По мысли профессора Батракова, нельзя исключить, что в составе песчаника — камня, из которого построены пирамиды, — содержалась известь, а из поймы Нила привозили рыхлый песок. Эта смесь могла быть основой для аналога бетона.
В 1881 г. классик египтологии сэр Уильям Питри Флиндерс исследовал облицовочные плиты, ранее покрывавшие грани больших пирамид. Тогда у подножия Великой пирамиды было еще достаточно много этих плит, сброшенных с высоты землетрясением 1301 г. Ученый обнаружил, что зазоры между плитами шириной всего полмиллиметра заполнены цементом. То есть материалом, которого, по данным существующей истории техники, в Древнем Египте просто не могло быть: цемент изобретен только в XIX веке.
Предположение профессора Батракова о гипсоизвестковых смесях, нестойких к воде, также нашло подтверждение в практической египтологии. О принципиальной возможности применения египтянами гипсоизвестковых смесей указывал в своих работах известный материаловед Владимир Юнг: в составе каменных блоков пирамиды Хефрена, Сфинкса и гробницы Сахура он отмечал наличие извести, серного ангидрида и углекислоты.
Виталий Сундаков утверждает, что выше пятидесяти метров на боковых поверхностях известняковых блоков сохранились отпечатки тростниковых циновок. При натягивании циновки на деревянный каркас получался щит опалубки. По мысли Сундакова, древние египтяне готовили бетон таким образом: растирали известняк до состояния пудры (недаром при раскопках в лагере ремесленников нашли жернова, которые, как видно, и применяли для размола камня). Затем в качестве связующего использовали речной ил. В литературе о Древнем Египте упоминается, что высохший нильский ил оставляет цементообразную корку. Объясняется это высоким содержанием в иловой массе окиси алюминия.
Итак, состав древнеегипетского бетона путешественник Сундаков считает следующим: известняковый щебень с добавлением 5% известняковой же пудры и 5% речного ила.
Один из межплиточных швов пирамиды дугообразный. Выпуклость одной плиты в точности соответствует вогнутости другой. Будь это гранит, в такой дуге не было бы никакого смысла: она увеличила бы трудозатраты при обработке и подгонке камней. Но если предположить, что на стенах не гранитные, а бетонные изделия, вполне правдоподобной представляется версия прогиба циновочной опалубки.
О врезанных рельефах Карнака, Луксора и других знаменитых храмов Сундаков говорит, что в пастообразную массу бетона вдавливали штамп, — и получался четкий оттиск. Во всех книгах по искусству Древнего Египта написано, что рельефы вырезались.
Но с помощью резца вряд ли можно было выполнить линии с малым радиусом кривизны, причем порой они так близко подступают одна к другой, что непременно возникли бы сколы. А сколов нигде не видно.
Еще более убедительным доводом представляется факт тиражирования дефектов рельефов — если это результат дефекта штампа, все становится на свои места.
Впрочем, немало вопросов в данной связи остается и по сей день. В частности, если строители пирамид владели ремеслом бетонирования, для чего им были нужны метровые блоки, которые они устанавливали по 200—250 глыб в ряд? Сундаков считает: во избежание растрескивания бетона при температурных перепадах. Но в качестве так называемых температурно-деформационных швов хватило бы всего нескольких зазоров на всю грань пирамиды.
Можно надеяться, что вопросы эти будут постепенно сниматься по мере интенсификации совместной деятельности археологов и технологов, в частности, специалистов по неразрушающему контролю.

Цветочный горшок или рождение железобетона.

Родиной железобетона по праву считается Франция. История появления железобетона очень интересна и необычно. В то время цветочные горшки делали из древесины, но они были не долговечны и парижский садовод Жозеф Монье (1823-1906) решил применять бетон. Но оказалось, что и бетонные горшки не отвечали необходимым требованиям: они разрушались под воздействием корней крупных растений. Монье стал укреплять бетонные кадки железными вкладышами, увеличивая тем самым и прочность на растяжение. Таким образом, Монье стал изобретателем нового, необыкновенно важного в современном строительстве материала — железобетона.
Материал, как известно, состоит из бетона и железных вкладышей — как правило, круглых стержней. Бетон — это, собственно говоря, не что иное, как искусственный камень. Как всякий камень, он обладает значительной прочностью на сжатие и небольшой прочностью на растяжение. Но во многих конструктивных элементах появляются одновременно два вида напряжений. Тут-то и помогает железо, принимая на себя растягивающие усилия, повышая тем самым прочность элемента. Железо и бетон обладают примерно одинаковым коэффициентом температурного расширения. Поэтому температуры не оказывают влияние на совместную работу обоих материалов.
В 1867 г. Монье получил первый патент на "кадки и резервуары из железной сетки, покрытой цементом". В последующие годы он получил следующие патенты: в 1877 г. — на железобетонные железнодорожные шпалы, в 1880-83 гг. — на железобетонные перекрытия, здания, балки, своды и мосты, в 1885 г. — на железобетонные водопроводные и газовые трубы, в 1886 г. — на "новую систему возведения железобетонных стационарных и переносных домов, гигиеничных и экономичных". Первыми крупными объектами, возведенными по системе Монье, были резервуары для хранения воды емкостью до 250 м3. Первый железобетонный мост пролетом 16 м и шириной проезжей части 4 м был построен в 1875 г.

Становление железобетона.

Соотечественник Монье Эжен Леон Фрейсине (1879-1962) считался специалистом по железобетонным конструкциям. Фрейсине построил первые большепролетные железобетонные мосты, из которых наиболее известен трехпролетный арочный мост Элорн в Плугастель, построенный в 1928-1929 гг. Пролеты этого крупнейшего по тому времени моста имели 180 м длины. Знаменитый инженер работал над усовершенствованием материала, из которого он возводил свои оригинальные конструкции.
В 1917 г. он предложил увеличить несущую способность бетона путем уплотнения его механической вибрацией, а потом и вибропрессованием. Но самым большим достижением Фрейсине следует считать изобретение предварительно напряженного бетона. В 1928 г. он предложил и осуществил изготовление сборных струно-бетонных преднапряженных элементов. Замысел и идея этого материала необыкновенно просты. Натянутые еще до укладки бетона стальные струны в готовом элементе возвращаются к своей первоначальной длине и вызывают в бетоне значительные сжимающие напряжения. Находясь в конструкции под соответствующей нагрузкой, такой элемент работает в некоторых местах на сжатие, а в других — на растяжение. В тех местах, где под нагрузкой появляется сжатие, оно суммируется со сжатием от предварительного напряжения, и это не страшно. В тех же местах, где появляются растягивающие усилия, то есть напряжение с обратным знаком, растяжение значительно уменьшается по сравнению с тем случаем, если бы преднапряжения не было.
Величина напряжения уменьшается за счет величины сжатия, возникшего при предварительном напряжении. Способ, предложенный Фрейсине, значительно увеличил несущую способность элементов.
Современные преднапряженные бетоны — это и так называемый струнобетон, и бетон, предварительно напряженный пучками (в которых вместо многих тонких струн применен стальной канат).
При возведении преднапряженных конструкций большое значение имеет анкеровка натягиваемой арматуры. Сегодня повсеместно применяется конусная анкеровка, изобретенная Фрейсине.

Наше время.

Сегодняшняя жизнь без бетона немыслима. Его можно встретить повсюду, но часто он служит нам даже незримо. Мосты, тоннели, улицы, дома обязаны ему своими достоинствами. Особенно ценными являются такие его специфические качества как прочность, гибкость, влаго и шумонепроницаемость и пожаростойкость. Развитее строительства не стоит на месте, появляются новые проекты, новые требования к материалам и методике их обработки. Бетон – материал с тысячелетней историй останется востребованным во все времена и будет продолжать свое развитие в зависимости от возложенных на него задач.

По материалам сайта : http://irsm.ru/