Применение бетона и бетонных смесей

Сфера применения

Бетон — материал, полученный в результате склеивания вяжущим раствором естественных каменных материалов (песка, щебня, гравия). В зависимости от использованного вяжущего раствора, бетоны бывают разными, но наибольшее распространение получили бетонные смеси на основе цемента.

Сооружение из бетона производит впечатление монолитного камня, но это только поверхностное впечатление. Естественные горные породы формируются в течение многих тысяч лет в раскалённых недрах планеты под воздействием огромного давления, бетон создаётся на строительной площадке и приобретет твёрдость в течение нескольких недель. Несмотря на стремительное совершенствование технологии изготовления и укладки бетонных смесей, они не могут сравниться с натуральным камнем по прочности. В отличие от природного камня, бетон не статичен, в его толще постоянно происходят процессы, раствор взрослеет, крепнет, затем стареет и умирает.

Бетон обладает огромной прочностью на сжатие. Кубик бетона со стороной в 10 см. может выдержать нагрузку до 40 тонн (вес железнодорожного вагона). В то же время прочность на растяжение или изгиб для цельного бетона гораздо ниже. С развитием архитектуры этот недостаток стал всё более заметен.

Прочность бетона различных марок

Существенным прорывом стало изобретение железобетона: стальные стержни, вмурованные в монолит раствора, позволили добавить к прочности бетона гибкость и эластичность стали. Железобетонные конструкции сегодня являются одним из самых востребованных строительных материалов. При составлении проекта, направление сил в каждом участке конструкции тщательно рассчитывается и стальная арматура размещается так, чтобы компенсировать растягивающие и крутящие усилия.

Соотношение прочности бетона на сжатие и растяжение

Сегодня железобетон используется при строительстве большинства капитальный промышленных объектов, в строительстве многоэтажных жилых домов, фундаменты зданий всех видов изготавливаются из бетона. Прочность и долговечность бетона делает его незаменимым в строительстве крупных промышленных объектов — речных плотин, ГЭС, АЭС, и т.д. Автомобильные дороги и мосты всех типов также изготавливаются сегодня из железобетона.

Условия применения

Область применения бетонных смесей была существенно расширена благодаря исследованиям советских учёных профессора С.А. Миронова и И.А. Кириенко. Ими были разработаны технологии бетонирования при отрицательных температурах. Твердение бетона и приобретение смесью расчетной прочности невозможно, если вода в составе смеси замерзает. Очевидны два пути преодоления этой проблемы: поддержание в объёме смеси положительной температуры, либо снижение температуры замерзания воды.

Чаще всего при работе с бетонным раствором при отрицательных температурах используется технология «термоса», когда предварительно разогретые компоненты раствора сразу после укладки покрывают сохраняющим тепло материалом. Таким образом, внутренняя температура раствора сохраняется до полного затвердевания раствора.

Бетонный раствор можно подогреть, пропуская через него переменный электрический ток низкого напряжения (50-100 В). При этом температуру повышают постепенно, не более чем на 1°C в час.

В случае если конструкция имеет обширную поверхность и применение «термоса» неэффективно, в состав смеси вводятся химические добавки: хлористый кальций и хлористый натрий NaCl (до 7,5%), нитрат натрия NaNO3 (до 10%) и поташа К2СО3 (до 15% от массы цемента в растворе). Этот коктейль значительно снижает температуру замерзания воды, а также ускоряет твердение бетонного раствора.

Бетонные смеси широко применяются для возведения дамб, мостов и гидротехнических сооружений. Известны две основные технологии для бетонирования под водой, без проведения водоотливных работ. При этом необходимо, чтобы не затвердевший раствор не соприкасался с водой.

Метод вертикально перемещающейся трубы (ВПТ): бетонирование осуществляется внутри контура трубы, поднимающейся вертикально вверх по мере затвердевания уложенного раствора. При работе с ВПТ используются растворы с осадкой не более 14-16 см для начала бетонирования и 16-20 см на завершающей стадии. Эта технология применяется при глубинах до 50 метров.

Метод восходящего раствора (ВР) заключается в подаче бетонной смеси на глубину по специально устроенной трубе. Труба располагается внутри засыпанной наполнителем опалубки, так что бетонный раствор заполняет собой пустоты, вытесняя воду. По мере заполнения шахты, трубу поднимают и демонтируют верхние звенья.