Бетоны, виды бетонов, область применения.

Бетон это смесь цементного вяжущего и каменных заполнителей мелкой и крупной фракции склеенных цементным гелем. Крупная фракция заполнителя позволяет включить в работу по восприятию нагрузки непосредственно камня, а не склеивающую составляющую. В принципе, бетон это тот же раствор, но имеющий кроме мелкого заполнителя крупный. Это позволяет получать плотную структуру смеси, т.к. пространство между фракциями заполнителя более полно.

Рис 9.1 Структура бетона

Если подобрать крупность составляющих из многих частиц разного размера, то можно уплотнить частицы очень компактно и добиться очень высокой плотности с минимумом пор. Таким образом добиваются прочности близкой к прочности камня крупных частиц.

В целях получения хорошей однородности смеси применяют разные приёмы ее уплотнения:

-штыкование

-вибрацию, путём погружения в смесь вибраторов, уплотнением на виброплотформе или вибростоле

-ударным методом (шокбетон)

Цементная гелевая составляющая набирает прочность постоянно, процесс может продолжаться несколько месяцев и даже лет. В целях установления какой-то конечной прочности бетона, установлен 28-дневный условный срок набора прочности в естественных условиях при t=15 С и влажности 100%.

Рис. 9.2 График набора прочности бетона R=f(t).

Для строительной практики 28 дней выдержки бетона срок большой, поэтому применяют приём интенсификации процесса твердение бетона:

-нагрев смеси при её изготовлении или прогрев при наборе прочности путём пропаривания,

-электропрогрев,

-использования ускорителей твердения в виде добавок химических веществ(солей) в состав бетонной смеси.

Это позволяет получать высокую прочность, близкую к 28 дневной прочности намного раньше. Так при пропаривании бетон набирает прочность в течение смены - 8-15 часов, равную расчетной 28-ми дневной прочности.

На предприятиях стройиндустрии, где готовят сборные ж/б конструкции такой приём общепринятый, т.к. позволяет повысить производительность труда , получить больший съём продукции с единицы площади цехов, где производят конструкции.

Бетон позволяет получать (изготавливать) конструкции различной формы, размера (см. рис. 9.3). Это очень важное преимущество этого материала. Причём при изготовлении конструкции на месте её постоянного нахождения, это позволяет исключить работы по подгонке размеров.

В зависимости от способа изготовления, конструкции из бетона различают:

-Монолитные бетоны.

-Сборные бетонные.

-Сборно-монолитные, когда часть делается на стороне в виде сборных, а остальная на месте. Причём в этом случае сборная часть исполняет роль формы (опалубки) для монолитной.

Рис. 9.3 Формы поперечного сечения конструкции из железобетона

а) прямоугольное; б) тавровое; в) многопустотная плита

Но бетон это каменный материал и имеет те же недостатки что и каменные конструкции – плохо воспринимает растяжение. Прочность бетона на растяжение примерно в 10 раз меньше чем на сжатие. По этой причине не делают конструкции из бетона, где материал в сечении работает на растяжение. Например, балки, плиты.

Приложив к балке внешнюю силу Р(см. рис 9.4.), получим в сечении в его верхней части (-)сжатие, а в нижней части растяжение(+).

Рис. 9.4 Бетонная балка, эпюра напряжений в сечении.

И так как бетон на растяжение работает в 10 раз хуже, чем на сжатие, то мы используем только 1/10 возможности бетона, т.к. разрушение начнется с появлений трещин в растянутой зоне бетона. Надо увеличить прочность нижней части сечения путём постановки в неё материала, хорошо работающего на растяжение, таким материалом оказалось железо. Постановка железа (арматуры) количественно меняет бетонную конструкцию, она позволяет увеличить прочность сечения в 10 раз, за счёт «вооружения» нижней части сечения (см. рис. 9.5).

Рис. 9.5 Сечение бетонной балки, усиленное в нижней части арматурой

Но это уже будет другая - железобетонная конструкция. Постановка арматуры в количестве не более 3% от B*hо достаточно для количественного изменения несущей способности конструкции. В качестве арматуры используются так же обычно специальная арматурная сталь круглого сечения с рифлёной поверхностью. Для эффективной работы арматуры она дополняется арматурой соединяющей стержни в пространственный каркас (скелет).

Мы не будем глубоко рассматривать этот вопрос, он не такой простой и это для вас не так важно, но достаточно того, что было сказано, чтобы получить представление о железобетоне.

Бетон, к сожалению, обладает способностью при твердении проявлять усадку (уменьшение размеров) Это приводит к появлению трещин на поверхности. Появляются сомнения в его качестве. В растянутой зоне в железобетоне эти трещины так же не опасны, как и в сжатой, так как там работает арматура (в растянутой зоне).

Чтобы исключить появление трещин арматуру можно предварительно натянуть и в таком состоянии конструкцию забетонировать. После снятия конструкции с опалубки натянутые стержни за счёт сцепления их с бетоном передадут сжатие на бетон, он будет предварительно обжатым. И при восприятии растяжения от внешней нагрузки Р происходит сначало обжатие бетона, и только потом происходит его растяжение. Можно так обжать бетон, что растяжения в нём под внешней нагрузкой не будет. Т.е. можно конструкцию за счёт предварительного обжатия бетона сделать с управляемым качеством без трещин в растянутой части сечения.

Кроме этого, предварительное обжатие позволяет получить обратный выгиб f .Выгиб конструкции при изготовлении уменьшит прогиб под внешней нагрузкой т. к. она будет иметь прогиб меньше на величину f_выг. И фактический прогиб будет равен f_факт= f - f_выгиб (см. рис.9.6.)

Рис. 9.6 Влияние предварительного натяжения арматуры на прогиб балки f

а – прогиб железобетонной балки под нагрузкой Р без предварительного напряжения арматуры; б – создание выгиба балки f_выг за счет обжатия бетона путем предварительного натяжения арматуры силой N_обж;

в – суммарный прогиб балки с учетом выгиба

Таким образом, предварительно напряжённая конструкция может перекрывать больший пролёт при соблюдении условия к предельному прогибу.

Исходя из этого свойства, в настоящее время конструкции из бетона имеют различные виды и становятся практически универсальными в строительстве. Они обладают всеми теми качествами, которые предъявляются к капитальным строениям и зданиям:

-долговечность, прочность,

-надёжность, огнестойкость и ряд других.

В настоящее время в стране создана строительная индустрия, которая выпускает для строек большое количество бетонных и ж/б сборных изделий с необходимым качеством.

Среди них конструкции для фундаментов – фундаментные блоки БФ и подушки. Плиты перекрытий различного поперечного сечения – ребристые с ребрами вверх и вниз, плиты с круглыми и овальными пустотами, балки и прогоны, перемычки для перекрытия оконных и дверных проемов. На рис 9.7 показаны такие конструкции. Размеры сечений, пролеты этих конструкций, n, b, l, h, нагрузки q стандартизированы в соответствии с ЕМС и позволяют подобрать нужную конструкцию при проектировании и строительстве зданий. В настоящее время изданы каталоги изделий с указанием всех необходимых сведений.

Рис. 9.7 Сборные железобетонные конструкции, выпускаемые промышленностью

1 – фундаментный блок; 2 – фундаментная подушка; 3 – Фундаментный стакан; 4 – колонна каркаса серии ИИ-20; 5 – ригель рамы каркаса; 6 – балка таврового сечения; 7 – плита перекрытия с круглыми пустотами; 8 – плита покрытия коробчатого сечения (КЖС); 9 – стеновая наружная панель; 10 – панель-перегородка

В практике современного строительства, на базе достижений по технологии изготовления и укладки бетона возродился монолитный бетон. Современные лёгкие материалы для изготовления опалубки –стеклопластики, полимерные конструкции позволяют обеспечить многократное применение материала в качестве опалубки.

Ускорение твердения, пластификаторы для получения подвижной удобоукладываемой смеси, вибраторы позволяют вести укладку бетона качественно и быстро. Использование эффективных утеплителей дают возможность вести бетонные работы даже при отрицательных наружных температурах воздуха. Мы видим сейчас много примеров возведения многоэтажных зданий в съёмной опалубке.

Качество бетона, как и каменных материалов, определяется классом B , который характеризует стандартную кубиковую прочность испытуемого образца. (кг/см2). По этой характеристике В различают бетон В10,В12,5;В15;В20;В25 и т.д…В600.

Для бетонов каждого класса устанавливают расчётное сопротивление Rb-прочность на сжатие Rbt-прочность на растяжение.

Для контроля прочности бетона, при изготовлении бетонных (ж/б) конструкций одновременно с конструкцией заготавливают кубики с размерами сторон 100*100*100 или 150*150*150, и хранят их рядом с конструкцией. После 28 дней испытывают в лабораториях (это должно быть обязательной процедурой для всех бетонных конструкций).

Если кубиков нет (при реконструкции и т.д.), то применяют косвенные способы испытания на прочность бетона, используя специальные молотки с шариком, склерометры и ряд других приборов. Действие этих приборов основано на получении отпечатка шарика при ударе по поверхности бетона, отскоке шарика от поверхности, скорости распространения ультразвука. Имея эти приборы, можно проверить прочность бетона и любого другого каменного материала.

Штукатурно-отделочные материалы