6.Обычный (тяжелый) бетон.Физико-механические свойства обычных бетонов.

тяжёлый бетон — общее название бетонов с объёмной массой свыше 1800 кг/м3, в которых обычно крупным заполнителем служит каменный щебень или гравий, а мелким  природные пески.

Для выполнения различных монтажных и строительных работ требуются материалы с определенными свойствами. К ним относится и тяжелый бетон, широко применяемый в промышленном, гражданском и индивидуальном строительстве. Его получают после высыхания тщательно подобранной смеси из цемента, воды, щебня и песка. Тяжелый общее название бетонов с объемной массой свыше 1 800 кг/м³, отличающихся высокой плотностью и прочностью.

Наименование, класс прочности	Марка по прочности	Объемная масса	Морозо-стойкость, F	Водо-непрони-цаемость, W	Удобо-уклады-ваемость (подвиж-ность)	Состав 1 м3
						Цемент, кг	Щебень, кг	Песок, кг	Вода, л
БСГ В30	М400	2410	300	10	П4	470	1000	760	175
В25	М350	2395	300	8	П4	420	1000	795	175
В22,5	М300	2400	300	8	П3	360	1040	830	165
В20	М250	2390	200	6	П3	320	1040	860	165
В15	М200	2400	200	6	П2	260	1086	900	155

Основные свойства тяжелого бетона:

• Прочность — лучше всего бетоны сопротивляются сжатию, по этому пределу вМПа их делят на классы В3,5-В60.

• Предел прочности на сжатие по оси в кгс/см2 учитывается в марках М — от М50 до М1000.

• Пористость – 6-15% (столько объема занято порами).

• Морозостойкость важна для ограждающих конструкций, в возведении аэродромов, дорог и гидротехнических сооружений. Марки по морозоустойчивости F выражаются в циклах замерзания и оттаивания — от F50 до F1000.

• Водостойкость – устойчивость к проникновению влаги внутрь. Марки по водонепроницаемости W (в кгс/см2) бывают W2 — W20, что достаточно даже для строительства мостов и каналов.

• Температурное расширение при нагревании должно быть небольшим, чтобы не появлялись трещины. У тяжелого этот коэффициент меньше 0,5 мм на погонный метр.

• Огнестойкость присуща бетону, но если его долго нагревать до 200°C, прочность уменьшается на 25—30%, а при 500°C наступает разрушение.

• Применение тяжелого бетона: в мостостроении и метростроительстве – М500;

• для банковских хранилищ, мостов и гидросооружений — М400;

• плиты аэродромов изготавливают из М 350;

• при создании монолитных фундаментов и конструкций — М250, М300;

• для индивидуального строительства (заливка фундаментов, бетонных подушек, площадок, лестниц), установки бордюров, в реставрационных работах – М200;

• для дорожек, отмосток, стяжек – М150;

• для бордюров, элементов ландшафтного дизайна – М100, М50.

Тяжёлый наиболее часто используемый и самый прочный из распространённых видов бетона. Он незаменим в конструкциях, которые играют особенно важную роль и должны быть очень надежными.

7 Классификация бетонов по структурным ее признакам Бетон классифицируют по следующим признакам: по основному назначению: конструкционный, применяемый для несущих и ограждающих конструкций, к которым предъявляют требования, характеризующие их механические свойства; специальный, к которому предъявляются дополнительные требования в соответствии с условиями эксплуатации, например, жаростойкие, предназначенные для использования в конструкциях, эксплуатируемых при длительном воздействии высоких температур (выше 200 °С); химически кислотостойкие, используемые в условиях агрессивных сред; радиационно-защитные — большой массы, применяемые для защиты от радиационных излучений и др.;

по виду вяжущего: на основе цементных вяжущих, известковых, шлаковых, специальных (органических и неорганических) и др.;

по виду заполнителей: на плотных заполнителях, применяемых для тяжелого бетона; на пористых — для легкого бетона и на специальных, удовлетворяющих дополнительным требованиям, например, для жаростойких, химически стойких и др.;

по структуре — плотной структуры (все пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя заполнено затвердевшим вяжущим и порами вовлеченного воздуха); поризованной, ячеистой и крупнопористой структуры;

по условиям твердения: естественного твердения; подвергнутый тепловлажностной обработке при атмосферном давлении; подвергнутый автоклавной обработке.

В тех случаях, где отсутствует крупный заполнитель, применяют мелкозернистый бетон плотной структуры (на цементном вяжущем и мелком плотном заполнителе — песке). Несмотря на некоторый перерасход цемента, такой бетон оказывается экономичнее по сравнению с тяжелым.

В последние годы распространение получают полимербетоны, в которых к цементному вяжущему добавляют растворимые синтетические смолы и бетонополимеры, представляющие собой обычные бетоны, пропитанные полимерами или мономерами с их последующим отверждением. Эти бетоны обладают повышенной прочностью, особенно на растяжение, и высокой химической стойкостью, однако имеют пока относительно высокую стоимость, низкий модуль деформаций (у полимербетонов) и неприменимы в сооружениях с повышенной температурой.

Для дорожных и аэродромных покрытий, полов промышленных зданий и т. п. находят применение бетоны, дисперсно-армированные волокнами (стальными, синтетическими и др.). Этот вид бетона, называемый фибробетоном, обладает повышенной растяжимостью и сопротивляемостью ударным воздействиям.

Для бетонов, характеризуемых наиболее часто применяемыми сочетаниями признаков, приняты следующие наименования: тяжелый, легкий, ячеистый, силикатный.

Тяжелый бетон — это бетон плотной структуры на цементном вяжущем и плотных крупных и мелких заполнителях; легкий бетон — на цементном вяжущем, пористом крупном и пористом или плотном мелком заполнителе. В качестве плотных заполнителей для тяжелого бетона применяют щебень из дробленых горных пород и природный кварцевый песок. Пористые заполнители могут быть естественные (пемза, ракушечник и др.) или искусственные (керамзит, шлак и др.). Оба указанных вида бетона используют для несущих конструкций зданий и сооружений.

Выбор бетона производят в зависимости от назначения конструкции, условий эксплуатации, нагрузок и т. п.

Структура бетона оказывает существенное влияние на прочность и деформативность бетона. При затворении водой смеси из заполнителей и цемента начинается химическая реакция (гидратация) между водой и цементом, в результате которой образуется гель — студнеобразная пористая масса со взвешенными в воде, еще не вступившими в химическую реакцию частицами цемента и незначительными соединениями в виде кристаллов. При перемешивании бетонной смеси гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет, а кристаллы с течением времени соединяются в кристаллические сростки, пронизывая все тело бетона и скрепляя зерна заполнителей.

Наиболее важным фактором, влияющим на прочность бетона при постоянном его составе, является количество воды в бетонной смеси. Для химической реакции схватывания и твердения цемента требуется воды примерно 0,15...0,20 от массы цемента. Однако для лучшей удобоукладываемости бетона водоцементное отношение увеличивается до 0,40...0,60. Излишек воды, постепенно испаряясь, образует в цементном камне многочисленные поры и капилляры, заполненные водой и воздухом. Общий объем пор в цементном камне (при обычных условиях твердения) составляет 25...40% от объема цементного камня.

Таким образом, бетон обладает весьма сложной структурой, представляющей собой пространственную решетку из цементиого камня, заполненную зернами песка и щебня различной крупности и формы и насыщенную большим числом капилляров, микро- и макропор, содержащих воду, пары и воздух ( 2.1). В таком сложном неоднородном теле нагрузка создает сложное напряженное состояние. В бетонном образце, подвергнутом сжатию, напряжения концентрируются на более жестких частицах, вследствие чего по поверхности их соединения возникают усилия, стремящиеся нарушить связь между ними. В то же время в местах, ослабленных порами, происходит концентрация напряжений. При этом в продольном направлении создаются сжимающие, а в поперечном — растягивающие напряжения ( 2.2, а). Поскольку в бетоне содержится большое количество пор, то напряжения у одного отверстия суммируются с напряжением у рядом расположенного отверстия. В результате в бетонном образце, подвергнутом осевому сжатию, возникают как продольные сжимающие, так и поперечные растягивающие напряжения. Так как сопротивление бетона растяжению на порядок ниже, чем сжимающие, они вызывают по всему объему бетона микротрещины отрыва, которые с ростом нагрузки соединяются, образуя видимые трещины, параллельные направлению действия сжимающих сил ( 2.2, б). Затем трещины раскрываются, что сопровождается увеличением объема, и наступает разрушение образца.

Границу образования структурных микротрещин под действием нагрузки можно определить по результатам ультразвуковых измерений (скорость распространения ультразвуковых колеба

ний, направленных поперек линии действия сжимающих напряжений, уменьшается с развитием микротрещин в бетоне).

Исследования показали, что существующие теории прочности к бетону неприменимы. Суждения о прочности и деформатив- ности бетона основываются на многочисленных экспериментах (проводимых в лабораторных и натурных условиях), позволяющих получить усредненные данные, которые используются в качестве исходных при проектировании железобетонных конструкций.