Сферы применения бетона

Бетон – строительный материал искусственного происхождения, широко применяемый в ремонтно-строительных, дорожных и других работах. Чаще всего востребованы бетонные смеси, в которых функции вяжущего выполняет цемент. Конкретная область использования бетона зависит от его состава, класса прочности и других технических параметров.

Основные характеристики бетона

ГОСТ 26633-2015 регламентирует свойства тяжелых и мелкозернистых бетонов средней плотности 2000-2500 кг/м³. Эти строительные материалы разделяют по ряду характеристик: прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, коэффициент теплопроводности.

Прочность

Классом прочности бетона называют значение прочности на сжатие, принимаемое с гарантированной обеспеченностью не менее 95%. Этот параметр обозначают буквой В и численным значением в МПа. Наиболее распространены классы В7,5-В40.

Водонепроницаемость

Влага, проникающая в поры, вымывает из цементного камня водорастворимые вещества, что приводит к ускоренному разрушению бетонных элементов. Водонепроницаемость обозначается буквой W и числами от 2 до 20, обозначающими давление столба жидкости (кг/см²), которое выдерживает нормативный бетонный образец без потери эксплуатационных качеств.

Морозостойкость

Определяет количество циклов замораживания и оттаивания. При низких температурах вода, находящаяся в порах, замерзает, расширяется и создает внутренние напряжения, которые приводят к появлению трещин. Чем выше водонепроницаемость и ниже пористость материала, тем выше его морозостойкость. Морозостойкость обозначается буквой F и числами 25-1000, которые равны количеству циклов замораживания/оттаивания с потерей прочности и массы в установленных пределах.

Коэффициент теплопроводности

Характеризует количество тепла, проходящее через единицу объема при разнице температур на противоположных поверхностях. Единица измерения – Вт/(м*c). Чем выше этот коэффициент, тем лучше материал проводит тепло и тем хуже он выполняет функции теплоизолятора.

Из-за неоднородности структуры бетона и разных условий эксплуатации коэффициент теплопроводности считается величиной условной. Он зависит отряда факторов, среди которых:

• Плотность. Чем плотнее материал, тем выше его теплопроводность. Тяжелые бетоны на заполнителях из плотных горных пород имеют более высокий коэффициент теплопроводности, по сравнению с аналогами на пористых заполнителях или ячеистыми материалами.
• Пористость и структура пор. Важную роль играет не только количество и структура пор. Крупные открытые поры повышают теплопередачу, а мелкие закрытые – наоборот, обеспечивают материалу хорошие теплоизоляционные свойства.
• Уровень влажности. Вода проводит тепло гораздо лучше воздуха, поэтому при увлажнении строительный материал быстро утрачивает теплоизоляционные характеристики.
• Температура. Чем выше температура окружающей среды, тем ниже теплоизоляционные свойства бетона.
• Наличие армирующего каркаса. Армированный бетон имеет более высокий коэффициент теплопроводности, по сравнению с неармированным.

Основные компоненты бетонных смесей

При производстве общестроительных тяжелых бетонов используются следующие сырьевые материалы:

• Цемент. Технические условия на общестроительный цемент регламентирует ГОСТ 31108-2020. В соответствии с ним это вяжущее разделяется на 6 типов: ЦЕМ 0 – бездобавочный цемент, ЦЕМ I – портландцемент (добавки до5%), ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками (5-32%), ЦЕМ III – шлакопортландцемент (размолотый шлак – 36-65%), ЦЕМ IV – пуццолановый цемент, ЦЕМ V – композиционный цемент. По прочности на сжатие разделяют 3 класса цементов – 32,5, 42,5, 52,5. Старая маркировка этих цементов соответственно – М 400, М 500, М 600. Срок хранения вяжущего зависит от его класса прочности. В частном строительстве чаще всего используются цементы ЦЕМ I 32,5 и ЦЕМ I 42,5 или ЦЕМ II, в котором количество минеральных добавок не превышает 20%.
• Мелкий заполнитель – песок, соответствующий требованиям ГОСТа 8736-2014. Это может быть: карьерный сеяный или мытый, речной, свободный от илистых частиц и органики. В бетонных смесях, применяемых при проведении ремонтно-строительных работ, обычно используется песок со средним и крупным модулем крупности, соответственно Мк 2,0-2,5 мм и Мк 2,5-3,0.
• Крупный заполнитель. В тяжелых бетонах используется щебень из плотных горных пород, соответствующий ГОСТу 8267-93. В дорожных работах применяется крупное сыпучее, которое регламентирует ГОСТ 32703-2014. В частном строительстве часто востребован гравийный щебень, сочетающий доступную стоимость и достойные технические свойства.
• Вода. Это может быть вода питьевого качества или проверенная в лаборатории на наличие примесей.

Пропорции основных компонентов выбирают в зависимости от необходимого класса прочности бетона и запланированной области его применения.

Таблица пропорций основных компонентов бетонов разных классов прочности для цемента М400 и М500

Для придания определенных характеристик пластичной смеси или готовому продукту в состав вводят различные присадки: пластификаторы, суперпластификаторы, гидрофобизирующие, противоморозные и другие добавки.

Основы технологии производства бетона

Современные производственные площади оснащены автоматизированным оборудованием. Высокое качество конечного продукта обеспечивают:

• Проверка качества сырьевых материалов в сертифицированной лаборатории.
• Автоматическое дозирование компонентов и определение времени их смешивания, что предотвращает ошибки, связанные с человеческим фактором.
• Возможность наблюдать за процессами смешивания компонентов с помощью видеокамер, установленных внутри емкостей.
• Многоступенчатый контроль качества получаемого продукта и соответствия производственных процессов требованиям нормативов.

Как проверить соответствие бетона заявленному классу прочности

Для определения класса прочности бетона используют способы стандартных образцов и неразрушающего контроля.

Технология стандартных образцов

Такая проверка осуществляется в лабораторных условиях. Из бетонной смеси отливают кубики или цилиндры, которые выдерживают при температуре +20 ̊C в течение 28 дней. Образцы сжимают прессом и нагружают до разрушения. Прочность материала определяется по разрушающей нагрузке. Заказчик получает акт о соответствии бетона определенному классу прочности.

При необходимости могут быть проведены испытания на более ранних стадиях – через 3, 7, 14 суток. При создании оптимальных условий бетон через 7 суток должен набрать 70% от марочной прочности.

Способы неразрушающего контроля

Это косвенные технологии, позволяющие определить прочность бетона по ее корреляционной зависимости с некоторыми физическими показателями. Применяются для определения прочностной характеристики уже созданного объекта. Виды методов неразрушающего контроля, который проводится непосредственно на строящемся или эксплуатируемом объекте: ультразвуковой анализ, ударный импульс, упругий отскок с использование склерометра и другие.

Области применения общестроительных бетонных смесей

По функциональному назначению бетоны бывают общестроительные и специальные. Чаще всего используются смеси первого типа. Их конкретная сфера использования зависит от класса прочности.

Строительная сфера

Бетон – основной материал, используемый в современном строительстве.

• В7,5-В10. Материалы невысокой прочности подходят для обустройства подготовительного слоя для фундамента. На этот слой укладывается арматурный каркас. Бетоны используются при сооружении дорожек невысокой проходимости, временных строительных площадок, укладке бордюрного камня, для заделки щелей между блоками.
• В15. Назначение бетонных смесей класса прочности В15 – заливка полов, стяжек, пешеходных дорожек, площадок различного назначения. Материалы подходят для сооружения фундаментов под легкие небольшие сооружения – хозблоки, беседки, гаражи, возводимые на прочных устойчивых грунтах. Востребованы при обустройстве внутренних и наружных лестниц, подпорок стен с небольшим перепадом высот.
• В20-В25. Популярные марки бетона, используемые для сооружения фундаментов малоэтажных зданий, возведения стен и изготовления прямых и арочных перекрытий способом монолитного бетонирования, при производстве ЖБИ различного назначения, заливке высоко нагружаемых полов и стяжек, строительстве колонн.
• В30-В35. Использование высокомарочных бетонов в малоэтажном строительстве является нерациональным вариантом. Материалы востребованы при возведении многоэтажных зданий, в том числе расположенных вблизи мощных транспортных магистралей и метро, мостовых конструкций, при обустройстве полос аэродромов. Такие конструкции способны выдерживать существенные вертикальные динамические нагрузки.
• В40 и выше. Применяются при возведении зданий, расположенных в регионах с высокой сейсмической активностью, или строений с запланированными высокими нагрузками.

Дорожное строительство

Основные материалы в дорожном строительстве – асфальт и асфальтобетон. Но и бетоны различных видов, как низких, так и высоких марок, также достаточно широко применяются в этой сфере.

• В7,5-В10. Низкомарочные материалы используются для заливки подготовительных слоев дорог и бордюров, укрепления обочин, при проведении ремонтных работ.
• В15-В20. Используются при обустройстве оснований автотрасс с низким и средним трафиком движения, для создания покрытий проселочных дорог и подъездов к домам, укрепления обочин.
• В25-В30. Такие материалы востребованы для заливки оснований автомобильных трасс с высоким трафиком, взлетных полос, прокладки шоссе в болотистой местности, при производстве железобетонных дорожных плит, обустройства взлетных полос. Бетонная смесь В30 применяется при сооружении покрытий мостов, эстакад, путепроводов, различных несущих конструкций в дорожной инфраструктуре,
• В35-В40. Используются при обустройстве покрытий, мостов, эстакад, взлетно-посадочных полос, автомагистралей с высокими нагрузками.
• В45 и выше. Имеют ограниченное применение. Востребованы для создания высокопрочных покрытий аэродромов и космических объектов.

Работы по благоустройству ландшафта

При благоустройстве придомовых участков, общественных территорий отдыха, городских пространств бетонные смеси используются так же часто, как и в строительстве.

• В7,5-В10. Применяются при установке бордюрных камней, обустройстве оснований под ограждения, парковых тропинок, заливке детских площадок, дворов.
• В15-В20. Востребованы для создания тротуаров, велосипедных дорожек, при заливке фундаментов под ограждения, стоянок для легковых автомобилей, игровых и спортивных площадок.
• В25-В30. Подходят для обустройства стоянок, предназначенных для грузового автотранспорта, спецтранспорта, чаш бассейнов, колодцев, при создании водопроводных и канализационных систем. Используются для заливки железнодорожных платформ, тротуаров возле ж/д вокзалов, метро, аэропортов, оживленных транспортных автомагистралей.

Создание декоративных элементов

При производстве декоративных конструкций используются в основном мелкозернистые бетоны, которые могут быть окрашены в самые разные цвета. В бетонные смеси вводят специальные добавки, которые обеспечивают стойкость к деформирующим усилиям и появлению трещин, приятную текстуру, легкую шлифовку. Декоративные разновидности бетонов используют при отделке фасадов, поверхностей стен и потолков, оформления колонн, балок, каминов, изготовления балясин.

Сферы применения бетонов специального назначения

При производстве специальных бетонов, востребованных в основном при строительстве объектов инженерного назначения, используются специальные основные компоненты и добавки, обеспечивающие определенные технические характеристики.

Жаростойкие бетоны

Предназначены для сооружения дымовых труб теплоэлектроцентралей. Используются при строительстве металлургических предприятий, промышленных печей.

Гидротехнические

Востребованы при создании плотин, каналов, дамб. Для них характерны: высокая водонепроницаемость (от W8) и морозостойкость (от F200). Обычно класс прочности гидротехнических бетонов не ниже В20.

Кислотоустойчивые

Дополнительный компонент – жидкое стекло. Эффективная замена керамике и свинцовым пластинам. Кислотоустойчивые бетоны используются для создания конструкций, запланированных для эксплуатации в агрессивных средах.

Гидратные

Востребованы при строительстве АЭС и предприятий, на которых перерабатываются радиоактивные отходы. Гидратные бетоны обеспечивают защиту от агрессивных биологических факторов и высокой радиоактивности.

Усадка бетона и способы ее минимизации

Характеристики готового бетонного элемента во многом зависят от величины усадки, которая характеризует уменьшение объема после заливки пластичной смеси. При правильном выборе типа бетона, соблюдении правил укладки смеси и условий набора марочной прочности, эта характеристика обычно не превышает 1%. Самая значительная усадка наблюдается в периоды схватывания и твердения бетонной смеси. Но усадочные процессы происходят и после набора марочной прочности.

Виды усадки бетона и способы ее снижения:

• Пластическая. Наблюдается в течение часов 8 после заливки смеси. Причина ее возникновения – уход воды из свежезалитого пластичного материала через опалубку, основание, из-за испарения. Для снижения усадочного процесса необходимо гидроизолировать опалубку, обустроить подушку из тощего бетона, обеспечить нормативные условия для схватывания и твердения пластичной смеси.
• Аутогенная. Протекает в бетоне до достижения марочной прочности. При строительстве малоэтажных зданий аутогенная усадка на состояние бетона практически не влияет. В крупных бетонных элементах эти усадочные процессы могут привести к появлению микротрещин. Аутогенную усадку увеличивают: низкое водоцементное соотношение, высокое содержание вяжущего компонента, низкая температура окружающей среды, наличие суперпластификаторов и замедлителей твердения.
• Усадка в зрелом бетоне. Наблюдается в течение трех-четырех месяцев после укладки пластичной смеси. Такой вид усадки устраняют благодаря использованию определенных типов цемента, введению спецприсадок, рациональному армированию.

Правильный выбор типа цементного бетона в зависимости от запланированной области применения, грамотная заливка бетонной смеси, создание оптимальных условий схватывания и твердения обеспечивают создание прочных и надежных бетонных и железобетонных конструкций с длительным эксплуатационным периодом.