|
Классификация и области применения
бетона.
БЕТОН классифицируют по виду применяемого вяжущего:
БЕТОН на неорганических вяжущих (цементные БЕТОНЫ,
гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные БЕТОН,
жаростойкие бетоны и др. специальные БЕТОН) и БЕТОН на
органических вяжущих (асфальтобетоны, пластбетоны).
Цементные БЕТОН в зависимости от объёмной массы (в
кг/м3) подразделяются на особо тяжёлые
(более 2500), тяжёлые (от 1800 до 2500), лёгкие (от
500 до 1800) и особо лёгкие (менее 500).
Особо тяжёлые бетоны предназначены для специальных
защитных сооружений (от радиоактивных воздействий); они
изготовляются преимущественно на портландцементах и
природных или искусственных заполнителях (магнетит,
лимонит, барит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для
улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в
особо тяжёлые БЕТОН обычно вводят добавку карбида бора
или др. добавки, содержащие лёгкие элементы — водород,
литий, кадмий.
Наиболее распространены тяжёлые бетоны, применяемые в
железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и
гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, на
строительстве каналов, транспортных и др. сооружений.
Особое значение в гидротехническом строительстве
приобретает стойкость БЕТОН, подвергающихся воздействию
морских и пресных вод и атмосферы. К заполнителям для
тяжёлых БЕТОН предъявляются специальные требования по
гранулометрическому составу и чистоте. Суровые
климатические условия ряда районов Советского Союза
привели к необходимости разработки и внедрения методов
зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом
большое значение имеют процессы ускорения твердения
БЕТОН, что достигается применением быстро твердеющих
цементов, тепловой обработкой (электропрогрев,
пропаривание, автоклавная обработка), введением
химических добавок и др. способами. К тяжёлым БЕТОН
относится также силикатный БЕТОН, в котором вяжущим
является кальциевая известь. Промежуточное положение
между тяжёлыми и лёгкими БЕТОН занимает крупнопористый
(бес песчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном
заполнителе с поризованным при помощи газо- или
пенообразователей цементным камнем.
Лёгкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и
пористых искусственных или природных заполнителях.
Существует много разновидностей лёгкого БЕТОН; они
названы в зависимости от вида примененного
заполнителя — вермикулитобетон, керамзитобетон,
пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и др. По структуре и
степени заполнения межзернового пространства цементным
камнем лёгкие БЕТОН подразделяются на обычные лёгкие
БЕТОН (с полным заполнением межзернового пространства),
малопесчаные лёгкие БЕТОН (с частичным заполнением
межзернового пространства), крупнопористые лёгкие БЕТОН,
изготовляемые без мелкого заполнителя, и лёгкие БЕТОН с
цементным камнем, поризованные при помощи газо- или
пенообразователей. По виду вяжущего лёгкие БЕТОН на
пористых заполнителях разделяются на цементные,
цементно-известковые, известково-шлаковые
и силикатные. Рациональная область применения лёгких
БЕТОН — наружные стены и покрытия зданий, где требуются
низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный
лёгкий БЕТОН используется в несущих конструкциях
промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их
собственного веса). К лёгким БЕТОН относятся также
конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные
ячеистые бетоны с объёмной массой от 500 до 1200 кг/м3.
По способу образования пористой структуры ячеистые БЕТОН
разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду
вяжущего — на газо- и пенобетоны, получаемые с
применением портландцемента или смешанных вяжущих; на
газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести;
газо- и пеношлакобетоны с применением молотых доменных
шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка
ячеистые БЕТОН называются газо- и пенозолобетонами,
газо- и пенозолосиликатами, газо- и
пеношлакозолобетонами.
Особо лёгкие бетоны применяют главным образом как
теплоизоляционные материалы. Области применения БЕТОН в
современном строительстве постоянно расширяются. В
перспективе намечается использование высокопрочных БЕТОН
(тяжёлых и лёгких), а также БЕТОН с заданными
физико-техническими свойствами: малой усадкой и
ползучестью, морозостойкостью, долговечностью,
трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и
защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для
достижения этого потребуется проведение широкого круга
исследований, предусматривающих разработку важнейших
теоретических вопросов технологии тяжёлых, лёгких и
ячеистых БЕТОН: макро- и микроструктурной теорий
прочности БЕТОН с учётом внутренних напряжений и
микротрещинообразования, теорий кратковременных и
длительных деформаций БЕТОН и др.
Виды бетонов.
В настоящее время в строительстве используют
различные виды бетона. Разобраться в их многообразии
помогает классификация бетонов. Бетоны классифицируют:
- по средней плотности;
- по виду вяжущего вещества;
- по назначению.
Многие свойства бетона зависят от его плотности, на
величину которой влияют плотность цементного камня, вид
заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны
делят на:
- особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/
кубетон м.;
- тяжелые — 1800…2500;
- легкие -500… 1800;
- особо легкие — менее 500 кг/куб, м.
Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых
заполнителях — стальных опилках или стружках
(сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый
бетоны) или барите (баритовый бетон).
Тяжелые бетоны с плотностью 2100…2500 кг/ кубетон м.
получают на плотных заполнителях из горных пород
(гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с
плотностью 1800…2000 кг/ кубетонм. получают на щебне из
горных пород с плотностью 1600…1900 кг/куб,
м.
Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях
(керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф).
К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны
(газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием
вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью
специальных способов, и крупнопористый бетон на легких
заполнителях.
Главной составляющей бетона, во многом определяющей
его свойства, является вяжущее вещество, по виду
которого различают бетоны: цементные, силикатные,
гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные.
Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и
наиболее широко применяют в строительстве. Среди них
основное место занимают бетоны на цементе
(портландцемент) и его разновидностях (около 65% от
общего объема производства), успешно используют бетоны
на шлакопортландцемента (20…25%) и пуццолановом цементе.
К разновидностям цементных бетонов относятся:
декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах),
бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем
цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом
и безусадочном цементах).
Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для
производства изделий в этом случае применяют автоклавный
способ твердения.
Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые
бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных
потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих
бетонов являются гипсоцементные — пуццолановые бетоны,
обладающие повышенной водостойкостью.
Применение — объемные блоки санузлов, конструкции
малоэтажных домов.
Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках,
затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только
начинают применяться в строительстве.
Полимербетоны изготовляют на различных видах
полимерного связующего, основу которого составляют смолы
(полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры
(фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью
специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для
службы в агрессивных средах и особых условиях
воздействия (истирание, кавитация).
Полимерцементные бетоны получают на смешанном
связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества
(водорастворимые смолы и латексы).
Специальные бетоны готовят с применением особых
вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких
бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым
натрием, фосфатное связующее.
В качестве специальных вяжущих используют шлаковые,
нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов
промышленности.
Бетоны применяют для различных видов конструкций, как
изготовляемых на заводах сборного железобетона, так
возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в
гидротехническом, дорожном строительстве).
В зависимости от области применения различают:
- обычный бетон для железобетонных конструкций
(фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых
конструкций);
- гидротехнический бетон для плотин, шлюзов,
облицовки каналов,
водопроводно-канализационных сооружений;
- бетон для ограждающих конструкций (легкий);
- бетон для полов, тротуаров, дорожных и
аэродромных покрытий;
- бетоны специального назначения (жароупорный,
кислотостойкий, для радиационной защиты).
Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям
следующие:
до затвердевания бетонные смеси должны легко
перемешиваться, транспортироваться, укладываться
(обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не
расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость
твердения в соответствии с заданными сроками распалубки
и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и
стоимость бетона должны быть минимальными.
Бетоны нового поколения
Одна из актуальнейших проблем современного
бетоноведения — применение и совершенствование нового
поколения бетонов, получивших в мировом научном
сообществе название «High Performance Concrete».
Появление таких бетонов открыло новую эру в
строительстве. Их уникальные свойства: высокая прочность
и коррозионная стойкость, водонепроницаемость и
морозостойкость, регулируемая
деформативность — позволили реализовать такие
строительные проекты, о которых еще сравнительно недавно
трудно было даже мечтать. Достаточно упомянуть мост
через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом в
1990 м, туннель под Ла-Маншем,
125-этажный небоскреб высотой 610 м в Чикаго и т.
п. Высококачественные бетоны обеспечивают высокие
гарантированные параметры эксплуатационной надежности
зданий и сооружений в условиях сложных воздействий
окружающей среды и нагрузок, значительно сокращают сроки
строительства и уменьшают инвестиционные риски. Все это
крайне важно для страховых компаний и других финансовых
участников, вовлеченных в процесс современного
строительства.
Широкая номенклатура созданных учеными и
специалистами эффективных материалов и выявленных
технологических приемов позволили в 80–90-х
годах с использованием опытных,
опытно-промышленных установок и стендов, а также
в условиях промышленного производства отработать
принципиально новые эффективные технологические схемы
получения новых видов бетонов с широким диапазоном
эксплуатационных характеристик за счет варьирования в
широких пределах вида сырьевых материалов (вяжущих и
заполнителей), разновидностей, способа и стадии введения
химических модификаторов и активных минеральных добавок,
оптимизации состава многокомпонентного бетона и
целенаправленного управления технологией.
В российском бетоноведении под высококачественными
бетонами понимают легко укладываемые бетоны на
гидравлических вяжущих, сочетающие высокие показатели
прочностных свойств (классы по прочности на сжатие от В
40 и выше до В 90, что соответствует маркам по прочности
М600-М1200 и более) и темпов твердения
(прочность в возрасте суток естественного твердения не
менее 25–30 МПа) с требуемыми показателями
строительно-технических свойств, в том
числе:
- водонепроницаемость W 12 и выше;
- морозостойкость F 400 и выше;
- истираемость не более 0,3–0,4
г/см2;
- водопоглощение 1–2,5 мас %;
- высокая сопротивляемость проникновению хлоридов;
- высокая газонепроницаемость;
- регулируемые показатели деформативности (в том
числе компенсация усадки бетона в возрасте
14–28 сут естественного твердения).
Впервые в отечественной практике строительства были
получены и применены высокопрочные и быстротвердеющие
бетоны с прочностью на сжатие до 200 МПа, сочетающие
высокие показатели морозостойкости (F 1000 и выше) и
водонепроницаемости (W 20 и более) со стабильностью
объема и повышенной стойкостью к различным агрессивным
воздействиям и высокими декоративными свойствами.
Разрабатывались данные бетоны специалистами НИИЖБа
совместно с привлеченными организациями.
В 1985–1998 гг. разработаны:
— теоретические основы получения эффективных
высококачественных бетонов различного назначения и
повышения эксплуатационной надежности путем управляемого
структурообразования на всех этапах производства за счет
использования композиционных вяжущих веществ, применения
комплексных химических модификаторов и активных
минеральных компонентов;
— полифункциональные химические модификаторы бетона
различного назначения (суперпластификаторы,
пластификаторы, регуляторы твердения и структуры бетона
и др.), оптимизированы составы и условия их применения в
зависимости от требуемого технического эффекта и способа
введения, в том числе при приготовлении бетонных смесей
или на стадии получения композиционных вяжущих;
— составы, технология применения широкой гаммы
активных минеральных компонентов, в том числе
конденсированного микрокремнезема и расширяющих добавок,
используемых как при приготовлении бетонных смесей, так
и при получении композиционных вяжущих и предназначенных
для снижения расхода клинкерного компонента, повышения
прочностных характеристик и коррозионной стойкости
бетонов, повышения их водостойкости и трещиностойкости,
компенсации усадочных деформаций и регулирования
процессов структурообразования;
— составы и технология получения композиционных
вяжущих, предусматривающая механохимическую активацию
компонентов в присутствии полифункциональных
модификаторов и минеральных добавок с целью придания
цементному камню специальных свойств: высокой прочности
(от 60 до 120 МПа), ускоренных темпов твердения, высоких
показателей по морозостойкости, сульфатостойкости,
отсутствия деформаций усадки и др.
Впечатляет перечень объектов, на которых были
применены высококачественные бетоны. Так, например,
созданы промышленные образцы технологических комплексов,
осуществлено опытное и опытно-промышленное
внедрение, а также промышленное освоение различных видов
бетонов, в том числе при изготовлении мостовых строений
и монолитных конструкций транспортных сооружений из
бетонов с повышенными эксплуатационными характеристиками
(Московская кольцевая автодорога, транспортный туннель
на Кутузовском проспекте, шумозащитные стены автострад и
др.), в строительстве торгового комплекса «Смоленский
Пассаж», современных офисных зданий (СДМ-Банк),
жилых комплексов в Кунцево и Митино, при возведении
памятника Петру I (фундаментная плита) и воссоздании
горельефов Храма Христа Спасителя из архитектурного
бетона, декоративных плитных изделий из высокопрочных
бетонов, при производстве сборных железобетонных
конструкций специальной и общестроительной номенклатуры
по беспропарочной технологии с использованием
композиционных вяжущих на заводе ЖБИ-100
(г. Иваново) и промышленном комбинате № 81 (г. Самара),
при изготовлении объемно-каркасных модулей
для многоэтажных зданий из бетонов с комплексными
модификаторами на промышленном комбинате №
55 (Московская обл.). Высококачественные бетоны широко
применяются при строительстве монолитных и
сборно-монолитных специальных сооружений,
покрытий аэродромов, взлетно-посадочных
полос, монолитных конструкций стартовых комплексов для
космических систем и других специальных объектов.
Следует подчеркнуть, что разработанная технология
позволяет быстро осуществить диверсификацию производства
и перейти на выпуск социально значимой продукции, что
позволит обеспечить безопасность зданий и сооружений,
повысить их архитектурную выразительность.
За 1985–1998 гг. в строительстве
различных гражданских объектов и специальных сооружений
с использованием новых бетонов изготовлено и применено
более 1 млн. м2 железобетонных конструкций и монолитного
железобетона.
Экономический эффект разработки ученых определяется
снижением материалоемкости, уменьшением энерго- и
трудозатрат и применением техногенных отходов,
значительным увеличением долговечности, и, как
следствие, увеличением срока межремонтной эксплуатации и
снижением эксплуатационных расходов, связанных с
функционированием зданий и сооружений и с проведением
ремонтных работ, что стало возможным благодаря
обеспечению высоких, ранее недостижимых показателей
эксплуатационной надежности бетона.
Представляется, что начатый рядом российских
организаций комплекс работ имеет хорошую ближайшую
перспективу. Развитие транспортного строительства,
освоение новых месторождений нефти и газа, в том числе
на морских шельфах в условиях воздействия соленых вод,
волновых и ветровых нагрузок, увеличение объемов
использования подземных пространств и строительство
подземных «мини-городов», архитектурный
железобетон — вот неполный, но весьма характерный
перечень рациональных областей применения новых бетонов. |
