Тема 9. БЕТОН, ЗАЛІЗОБЕТОН І РОЗЧИНИ

9.1. Бетони

9.2. Залізобетонні вироби

9.3. Будівельні розчини

Бетон – один з основних будівельних матеріалів. Його широко застосовують для виготовлення збірних бетонних і залізобетонних конструкцій і деталей, а також для зведення монолітних споруд різного призначення. Широке застосування бетону в будівництві пояснюється його високою міцністю, довговічністю, вогнестійкістю, водостійкістю, морозостійкістю й ін.

Залізобетон являє собою будівельний матеріал, у якому вдало поєднується спільна робота бетону й сталі. Можливість спільної роботи бетону й сталевої арматур визначається наступними факторами: а) бетон міцно зчіплюється зі сталевими арматурами, внаслідок чого в залізобетонній конструкції обидва матеріали працюють спільно; б) сталь і бетон мають приблизно однаковий коефіцієнт температурного розширення, внаслідок чого забезпечується повна монолітність залізобетону; в) бетон охороняє укладену в ньому сталеву арматуру від корозії.

Розчини (будівельні) по своєму об’єму також займають значну питому вагу серед інших будівельних матеріалів у сучасному будівельно-монтажному виробництві. Вони є основним видом матеріалів при зведенні будинків і споруд зі штучних кам'яних матеріалів, зв'язуючи їх у міцну монолітну конструкцію. Розчини є також одним з основних видів оздоблювальних матеріалів, що застосовуються при оштукатурюванні й облицюванні плитними матеріалами зовнішніх і внутрішніх поверхонь стін і інших конструкцій різних будинків і споруд.

9.1. Бетони

Бетоном називають штучний кам'яний матеріал, який отримують у результаті затвердіння суміші, що складається з в'яжучого, води й заповнювачів. До моменту затвердіння отримана суміш називається „бетонною сумішшю”. Як в'яжучі речовини застосовують мінеральні й органічні в'яжучі. До мінеральних в'яжучих відносяться гідравлічні в'яжучі речовини, тобто цементи, що утворять цементні бетони, і повітряні в'яжучі, переважно гіпс (який дає гіпсобетон). До органічних в'яжучих речовин відносять асфальтове в'яжуче, котре разом із заповнювачами утворює асфальтобетон. Воду для приготування бетонної суміші використовують водопровідну питну. Стічні води, що містять жири, рослинні масла, цукор, кислоти, солі й інші домішки, застосовувати не можна.

Як заповнювачі для приготування бетонної суміші застосовують пісок, гравій, щебінь. При цьому пісок називається дрібним, а гравій і щебінь - великими заповнювачами. Найбільш широке застосування мають природні піски.

Гравій є продуктом руйнування різних гірських порід, що мають обкатану форму й гладку поверхню. Для приготування бетонних сумішей застосовують гравій, що складається із зерен розміром 5 - 150 мм. Щебінь одержують шляхом дроблення природних або штучних кам'яних матеріалів на шматки розміром 5 - 150 мм. Із природних кам'яних матеріалів для одержання щебеню використовують тверді гірські породи - вапняк, доломіт, граніт, зі штучних - цегла, шлаки. Вимоги до гравію й щебеню для різних бетонів встановлені діючими ДСТУ.

Види бетонів. Бетони, які застосовуються в будівництві, поділяють: по видах в'яжучих речовин – на цементні, гіпсові (гіпсобетон), асфальтові (асфальтобетон); по щільності – на особливо важкі (із щільністю більше 2500 кг/м³), важкі (із щільністю 1800 – 2500 кг/м³), легкі (із щільністю 500 – 1800 кг/м³), особливо легкі – ніздрюваті (з об'ємною масою менше 500 кг/м³); за призначенням – на звичайний (для бетонних і залізобетонних конструкцій різних будинків і споруд), гідротехнічний (для гідротехнічних бетонних і залізобетонних споруд – каналів, гребель, шлюзів) і бетон, що застосовується для санітарно-технічних бетонних і залізобетонних споруд і виробів (резервуари, колодязі, труби); спеціальні – вогнетривкі, кислототривкі, гідратні (для захисту від випромінювання). У сучасному будівництві найбільш широко застосовують звичайний важкий бетон.

До основних властивостей бетону відносяться: міцність, щільність, водонепроникність, морозостійкість, корозійна стійкість, вогнестійкість, теплопровідність, усадка й розширення.

Міцність бетону характеризується межею міцності на стиск зразків у вигляді кубиків з розміром ребра 20 X 20 X 20 см, витриманих протягом 28 діб у нормальних умовах, тобто при температурі 15 – 20° і відносної вологості навколишнього повітря 90 – 100%. По міцності на стиск для бетону встановлені марки 100, 150, 200, 300, 400, 500 і 600. Відхилення від заданої марки допускається тільки убік збільшення міцності, але не більше ніж на 10%; зайве збільшення міцності бетону викликає перевитрати цементу. На міцність бетону впливають наступні фактори: активність цементу, водоцементне відношення, склад бетону, якість заповнювачів, спосіб приготування бетонної суміші, її укладання й ущільнення, вік бетону, а також умови його твердіння.

Щільність бетону впливає на міцність, водопроникність, теплопровідність. Важкий бетон є пористим матеріалом, тому що у своєму складі має пори від 6 до 15%. Пори утворяться внаслідок неповного видалення повітряних пухирців при його ущільненні й випарюванні зайвої води. Тому щільність бетону може бути підвищена шляхом ретельного підбору зернового складу заповнювачів, зменшення водоцементного відношення, інтенсивного ущільнення (вібрування). Для додання бетонним конструкціям газонепроникності їх покривають спеціальними плівками на основі пластичних мас або інших матеріалів.

Водонепроникність бетону залежить від його щільності й структури. Бетон дрібнопористий і однорідного складу, ретельно ущільнений і досить затверділий, практично водонепроникний у шарах значної товщини (вище 4 - 6 см).

Морозостійкість бетону виражається марками, які коливаються в межах від 50 до 300. Особливо морозостійким повинен бути бетон, призначений для конструкцій, що працюють в умовах систематичного змінного зволоження й заморожування (фундаменти, колодязі, трубопроводи). На морозостійкість бетону дуже впливають вид цементу й морозостійкість його заповнювачів. Наприклад, бетон на пуцолановому цементі має знижену морозостійкість.

Корозійна стійкість бетону у звичайному середовищі є достатньою. Однак при наявності агресивного середовища під впливом фізико-хімічної дії деяких рідин і газів бетон може руйнуватися. Для захисту бетону від корозії йому надають підвищену щільність, поверхню бетонних конструкцій облицьовують керамічними плитками, покривають бітумними й іншими ізоляційними матеріалами.

Вогнестійкість бетону дозволяє застосовувати його в конструкціях, підданих нагріванню до 200°С. Однак при тривалому впливі температури від 100 до 250°С міцність бетону знижується до 25%. При нагріванні вище 500°С і наступному зволоженні бетон руйнується. Тому бетонні конструкції, які можуть бути піддані тривалому впливу високих температур, необхідно захищати від вогню цегельною кладкою або іншими способами, а при температурі більше 200°С застосовувати спеціальні жаростійкі бетони.

Теплопровідність бетону є значною й характеризується коефіцієнтом теплопровідності.

Усадка й розширення бетону залежать головним чином від умови його твердіння, тому що зміна його об’єму відбувається в процесі твердіння. При твердінні на повітрі бетон дає усадку, при твердінні у воді він не змінюється в об’ємі або незначно розбухає.

Звичайний важкий бетон у сучасному будівництві широко застосовують: для виготовлення збірних і встановлення монолітних бетонних і залізобетонних конструкцій будинків і споруд (фундаментів, колон, балок, плит, мостів); улаштування гідротехнічних споруд (каналів, гребель, шлюзів і т.п.); улаштування санітарно-технічних споруд і виготовлення виробів (резервуарів, колодязів, труб); улаштування монолітних бетонних підлог та основ для інших видів підлог; покриття доріг, тротуарів, аеродромних площадок.

Легкий бетон одержують у результаті затвердіння суміші з в'яжучих, води й легких заповнювачів. У якості в'яжучих застосовують в основному цемент (портландський, шлаковий). Для легких бетонів, як і для звичайних важких бетонів, використовують питну воду.

У якості великих легких заповнювачів застосовують керамзит, шлаки, пемзу. Залежно від застосовуваного великого заповнювача бетон має назви: керамзитобетон, шлакобетон, пемзобетон. Легкі бетони виготовляють як з додаванням дрібного заповнювача - піску, так і без нього.

Легкий бетон застосовують для виготовлення обгороджуючи конструкцій (стінових панелей, блоків), теплоізоляції покриттів і перекриттів, улаштування підготовки під підлоги в будинках і спорудах промислового, цивільного й сільськогосподарського призначення.

Ніздрюватий бетон. Розрізняють два види ніздрюватих бетонів: пінобетон і газобетон.

Пінобетон одержують із суміші портландцементу (марки не нижче 300), води, меленого піску й піноутворювача. У якості піноутворювача застосовують розчини каніфольного мила із тваринним клеєм або сапоніну (рослинного мильного кореня). Пінобетонну суміш готують у пінобетонозмішувачах. Приготовлену суміш розливають у форми, де відбувається процес її твердіння.

Газобетон одержують із суміші цементу, води, меленого піску й газоутворювача. У якості газоутворювача використовують алюмінієвий порошок (пудру) або пергідроль. Газобетону суміш готують у спеціальних змішувальних установках і розливають у форми. Газобетонна суміш твердіє в теплому вологому середовищі. Для прискорення процесу твердіння форми із сумішшю встановлюють в автоклави.

Ніздрюватий бетон використовують у будівництві для теплоізоляції конструкцій будинків і споруд, устаткування, агрегатів, трубопроводів і ін. Крім того, цей бетон застосовують також для виготовлення обгороджуючих конструкцій будинків і споруд різного призначення (стінових панелей, плит покриттів і перекриттів і ін.).

9.2. Залізобетонні вироби

Залежно від способу армування залізобетонні вироби діляться на звичайні й попередньо напружені. Звичайні залізобетонні вироби виготовляють без усякої напруги, тобто розтягування арматур. Тому що бетон має незначну розтяжність (в 5 - 6 разів менше арматур), то в процесі експлуатації виробів під дією навантажень у них можуть утворюватися тріщини. Причому ці тріщини з'являються при дуже низьких напругах в арматурах. Через тріщини проникає волога або гази, викликаючи корозію арматур. Запобігти утворенню тріщин у бетоні при експлуатаційних навантаженнях можна шляхом стиску бетону в місцях, що піддаються розтягуванню. Стиск бетону здійснюють попередньою напругою (розтягуванням) арматур.

Попередньо напружені залізобетонні вироби на відміну від звичайних виготовляють із попередньо напруженими розтягнутими арматурами. Напругу арматур здійснюють до або після бетонування виробів механічним або електротермічним способами. Для попередньо напружених виробів застосовують більш високі марки цементу й арматурної сталі. Крім підвищеної тріщиностійкості, у попередньо напружених виробах повніше використовується несуча здатність арматур і бетону: вони мають меншу масу, дозволяють перекривати більші прольоти будинків і споруд і є більш довговічними у порівнянні зі звичайними залізобетонними виробами.

У сучасному будівельно-монтажному виробництві з попередньо напружених виробів використовують колони, балки, ферми, плити, труби, резервуари та ін.

У сучасному індустріальному будівництві збірні залізобетонні вироби мають широке застосування. Це пояснюється наявністю в них таких позитивних властивостей, як висока міцність, довговічність (перевершує довговічність металу), морозостійкість, водостійкість, водонепроникність, незаймистість, негниючість, протикорозійна стійкість.

Наявність перерахованих властивостей у залізобетонних конструкціях дозволяє застосовувати їх замість металевих, що в багато разів скорочує витрати сталі в будівництві.

У цей час найбільш широко застосовують наступні збірні залізобетонні вироби: фундаменти під будинки й споруди; колони будинків і споруд; балки, ригелі, прогони, ферми; сходові марші й площадки; плити, панелі, оболонки перекриттів і покриттів: панелі й блоки стін і перегородок; труби каналізаційні, водопровідні, дренажні; колодязі, резервуари, колектори; естакади, опори ЛЕП, вежі.

9.3. Будівельні розчини

Будівельний розчин - суміш, що складається з в'язкої речовини, води й дрібного заповнювача, що у результаті затвердіння утворить штучний кам'яний матеріал. У якості в'язких застосовують гідравлічні або повітряні в'язкі речовини. Вода повинна бути чиста (питна) без вмісту масел, кислот, солей. Як дрібний заповнювач використовують звичайний природний (кварцовий) пісок, а також штучний пісок, одержуваний дробленням пемзи, туфу, шлаків.

Склад розчину виражають вмістом в'яжучого й піску в кг, що припадає на 1 м³ розчинної суміші, або співвідношенням (масового або об'ємним) в'яжучого й піску. Наприклад, відношення 1:3 показує, що на 1 частину в'яжучого припадає 3 частини піску.

Залежно від різних ознак (об'ємної маси, роду в'яжучого, призначення розчинів) будівельні розчини поділяють на окремі види: по щільності – на звичайні (важкі, виготовлені на звичайних щільних заповнювачах) із щільністю 1500 кг/м³ і легкі (виготовляються на легких заповнювачах) – із щільністю менше 1500 кг/м³; за видом в'яжучих, що входять до складу розчину, – на цементні, вапняні, гіпсові й змішані (цементно-вапняні, вапняно-гіпсові); за призначенням – на кладочні, оздоблювальні й спеціальні (гідроізоляційні, акустичні, рентгенозахисні та ін.).

До найважливіших властивостей затверділих розчинів відносяться міцність, морозостійкість, які характеризуються марками (або проектними марками).

По міцності на стиск для будівельних розчинів установлені наступні марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200, 300.

По морозостійкості (Мрз), залежно від числа циклів поперемінного заморожування й відтавання, що витримуються, розчини діляться на марки: 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 і 300.

Будівельні розчини в сучасному будівельно-монтажному виробництві широко застосовують для кладки кам'яних конструкцій, при монтажі збірних бетонних і залізобетонних конструкцій, для закладення стиків збірних бетонних і залізобетонних конструкцій, для розшивки горизонтальних і вертикальних швів у стінах з панелей і великих блоків. Крім того, їх використовують для протикорозійного захисту металевих конструкцій, металевих закладних деталей і зварених швів у збірних залізобетонних конструкціях при монтажі; кріплення лицювальних матеріалів з метою захисту конструкцій від різних шкідливих впливів; гідроізоляції, теплоізоляції, звукоізоляції, рентгенозахисту конструкцій будинків і споруд. У зимових умовах звичайно в розчини додають протиморозні речовини.

Вогнетривкі розчини одержують шляхом змішування вогнетривкого порошку, вогнетривкої глини й води. Зазначені розчини повинні мати гарні кладочні властивості, тобто забезпечувати зручність роботи з ними при кладці, експлуатаційними властивостями – забезпечувати надійну роботу вогнетривкої кладки при експлуатації печі, механічну міцність і газонепроникність.

Вогнетривкі розчини застосовують для кладки промислових печей з вогнетривкої цегли. При цьому розчини повинні бути однорідними з вогнетривкими виробами, з яких виконується кладка.