Бетон як матеріал для залізобетонних конструк-цій повинен володіти цілком певними, наперед заданими фізико-механічними властивостями: необ-Дімою міцністю, хорошим зчепленням з арматурою, до-тнього щільністю (непроникністю) для захисту. арматури від корозії.
Залежно від призначення залізобетонної конст-рукції та умов її експлуатації бетон повинен ще задовольняти спеціальним вимогам: морозостійка-сті при багаторазовому заморожуванні та відтаванні (на-приклад, в панелях зовнішніх стін будівлі, в відкритих со-споруд і ін.), Жаростійкості при тривалому впливі високих температур, корозійної стійкості бреши агресивному впливі середовища та ін. Бетони підрозділяють за рядом ознак: а) структурі - щільної структури, у яких простий-ранство між зернами заповнювача повністю зайнято " атвердевшім в'язким; великопористі малопіщані і беспесчание; порізованниє, т. е. з наповнювачами та ис-кусственной пористістю затверділого в'яжучого; яче-істие з штучно створеними замкнутими порами; І б) середньої щільності - особливо важкі з середньою пілотних більше 2500 кг / м3; важкі - із середньою щільністю понад 2200 н до 2500 кг / м3; полегшені зі середовищ - | Неї щільністю понад 1800 і до 2200 кг / м3; легкі з середньою щільністю понад 500 і до 1800 кг / м3; || в) виду заповнювачів - на щільних заповнювачах; пористих заповнювачах; спеціальних заповнювачах, удов-летворяющіх вимогам біологічного захисту, пані-ростойкості і ін .;
Г) Зерновому складу - г - грубозернисті з великими н дрібними заповнювачами; дрібнозернисті з дрібними заповнювачами;
Д) Умов твердіння - бетон природного твердіння; бетон, підданий тепловій обробці при атмосферному тиску; підданий автоклавної обробці при високому тиску.
Скорочене найменування бетонів, що використовуються для несучих залізобетонних конструкцій, встановлено сле-ший:
Важкий бетон - бетон щільної структури, на пліт-них заповнювачах, крупнозернистий, на цементному вяза-жущем, при будь-яких умовах тверднення;
Дрібнозернистий бетон - бетон щільної структури, важкий, на дрібних заповнювачах, на цементному в'яжу-щем при будь-яких умовах тверднення;
Легкий бетон - бетон щільної структури, на пори-стих заповнювачах, крупнозернистий, на цементному вяза-жущем, при будь-яких умовах твердіння.
Як щільних заповнювачів для важких бе-нів застосовують щебінь з подрібнених гірських порід - піщанику, граніту, діабазу н ін. - н природний квар-цевий пісок. Пористі заповнювачі можуть бути естест-судинними - перліт, пемза, черепашник н ін. - або спокуса-чими - керамзит, шлак н т. П. Залежно від виду пористих заповнювачів розрізняють керамзитобетон, шлакобетон, перлнтобетон н т. Д.
Бетони порізованниє, ніздрюваті, а також на пористих заповнювачах із середньою щільністю 1400 кг / м3 н менш застосовують переважно для огороджувальних кон-рукций. Бетони особливо важкі застосовують в конструк-ціях для біологічного захисту від випромінювань. Щоб отримати бетон, що володіє заданою міцністю н удов-летворяющій перерахованим вище спеціальним требо-ваниям, підбирають за кількісним співвідношенні не-обхідні складові матеріали: цементи різного виду, великі н дрібні заповнювачі, добавки різного виду, що забезпечують зручне укладання суміші або морозостійкість, н т. п.
На міцність бетону впливає багато фак-тори: зерновий склад (його підбирають так, щоб обсяг пустот в суміші заповнювачів був найменшим), міцність заповнювачів н характер їх поверхні, марка цементу н його кількість, кількість води н ін. При шорсткою і незграбною поверхні наповнювачів підвищується їх зчеплення з цементним розчином, тому батони, приготовані на щебені, мають велику ін-ність, ніж бетони, приготовані на гравії. Питання добору складу бетону викладаються в курсах будівельник-них матеріалів.
Необхідна щільність бетону досягається підбором зернового складу, високоякісним ущільненням бе-тонної суміші при формуванні, застосуванням досить-го кількості цементу, яке коливається від 250 до 500 кг / м3. Підвищення щільності бетону веде і до підви-шенням його міцності. Щоб скоротити витрату цементу, марка його повинна бути вище необхідної міцності бе-тону.
Структура бетону і її вплив на міцність і деформативність
Структура бетону дуже впливає на міцність і деформативність бетону. Щоб усвідомити це питання, розглянемо схему фізико-хімічного про-процесу освіти бетону. При замішуванні водою суміші з наповнювачів і цементу починається хімічна реак-ція сполуки мінералів цементу з водою, в результа-ті якої утворюється гель - студнеобразная пориста маса зі зваженими у воді, ще не вступили в хі-мічного реакцію, частинками цементу і незначні-ми сполуками у вигляді кристалів. В процесі переме-вування бетонної суміші гель обволікає окремі зерна заповнювачів, поступово твердне, а кристали поступово з'єднуються в кристалічні зростки, рас-тущіе з плином часу. Твердне гель перетворена-ється в цементний камінь, що скріплює зерна великих і дрібних заповнювачів в монолітний твердий матері-ал бетон.
Суттєво важливим фактором, що впливає на струк-туру і міцність бетону, є кількість води, при-міняти для приготування бетонної суміші, оцінюється-моє водоцементним ставленням W / C (ставленням зва-шенного кількості води до кількості цементу в єдині-це обсягу бетонної суміші ). Для хімічної сполуки з цементом необхідно, щоб W / C «0,2. Однак з технологічних міркувань - для досягнення до-тнього рухливості і легкоукладальності бетон-
Ной суміші - кількість води беруть з деяким ізбиті-ком, Так, рухливі бетонні суміші, що заповнюють фор-му ЦОД впливом плинності, мають W / C = 0,5. 0,6, а жест-кі бетонні суміші, що заповнюють форму під впливом механічної віброобробки, мають W / C = 0,3. 0,4.
Надлишкова, хімічно незв'язана вода частиною вступає згодом в хімічну сполуку з менш активними частинками цементу, а частиною заповнює мно-гочісленние пори і капіляри в цементному камені і по-Лост між зернами великого заповнювача і сталевими арматурами і, поступово випаровуючись, звільняє їх. За даними досліджень, пори займають близько третини обсягів по-ма цементного каменю; зі зменшенням W / C пористість цементного каменю зменшується і міцність бетону збіль-личивается. Тому в заводському виробництві залізо-бетонних виробів застосовують переважно жорсткі бетонні суміші з можливо меншим значенням W / C. Бетони з жорстких сумішей мають більшу міцно-стю, вимагають меншої витрати цементу і менших зро-ков витримки виробів в формах.
Таким чином, структура бетону виявляється дуже неоднорідною: вона утворюється у вигляді просторової решітки з цементного каменю, заповненої зернами пес-ка і щебеню різної крупності і форми, пронизаної великим числом мікропор і капілярів, що містять хімічно незв'язану воду, водяну пару і повітря. Фізично бетон являє собою капілярно-пори-Стий матеріал, в якому порушена суцільність маси і присутні всі три фази - тверда, рідка і газо-образна. Цементний камінь також володіє неоднорідний-ної структурою і складається з пружного кристалічного зростка і наповнює його в'язкої маси - гелю.
Тривалі процеси, що відбуваються в такому матері-но- зміна водного балансу, зменшення обсягу твердіє в'язкого гелю, зростання пружних крісталлічес-ких сростков - наділяють бетон своєрідними упругопластические властивостями. Ці властивості проявляються в характері деформування бетону під навантаженням, у взаємодії з режимом температурної вологості навколишнього середовища.
Дослідження показали, що теорії міцності, пред-лежання для інших матеріалів, до бетону непридатний-ми. Залежність між складом, структурою бетону, його міцністю і деформативністю є за-дачу, над якою працюють дослідники. Судження про міцність і деформативності бетону засновані на біль-шом числі експериментів, виконаних в лабораторних і натурних умовах.
Усадка бетону і початкові напруги
Бетон має властивість зменшуватися в обсязі при затвердінні у звичайному повітряному середовищі (усадка бетону) і збільшуватися в об'ємі при твердненні у воді (набухання бетону). Бетони, приготовані на спеціальному це-мент (розширюється чи безусадочном ^, не дають усадки. Усадка бетону, як показують досліди, залежить від ряду причин: 1) кількості та виду цементу - чим більше цементу на одиницю об'єму бетону, тим більше усадка, при це високоактивні і глиноземисті це-менти дають велику усадку: 2) кількості води - чим більше W / C, тим більше усадка; 3) крупності заповни-телей - при дрібнозернистих пісках і пористому щебені усадка більше.
Вплив наповнювачів на зменшення усадки тим сильніше, чим вище їх здатність чинити опір дефор-мування, т. Е. Що стоїть їх модуль пружності. При різної крупності зерен заповнювачів і меншому обсязі пустот менше і усадка. Різні гідравлічні до-надбавки та прискорювачі твердіння (наприклад, хлористий кальцій), як правило, збільшують усадку.
Зазвичай усадка бетону відбувається найбільш інтенсив-но в початковий період твердіння і протягом першого року, в подальшому вона поступово згасає. Швидкість усадки залежить від вологості навколишнього середовища - чим менше вологість, тим більше усадочні деформації і вище швидкість їх росту. Усадка бетону під навантаженням при тривалому стисненні прискорюється, а при тривалому розтягуванні, навпаки, сповільнюється.
Усадка бетону пов'язана з фізико-хімічними про-процесами твердіння і зменшення обсягу цементного ге-ля, втратою надлишкової води на випаровування в навколишнє середовище, на гідратацію з ще не прореагували годину-тіцамі цементу. У міру твердіння цементного гелю, зменшення його обсягу і освіти кристалічних зростків усадка бетону загасає. Капілярні явища в цементному камені, викликані надмірною водою, також впливають на усадку бетону - поверхневі натягу
Менісків викликають тиск на стінки капілярів, і "відбуваються об'ємні деформації.
Усадки цементного каменю в період твердіння бетону 'перешкоджають наповнювачі, які стають внутрен-ними зв'язками, що викликають в цементному камені началь-ні напруження розтягу. У міру твердіння гелю утворюються в ньому кристалічні зростки становят-ся такого ж роду зв'язками. Нерівномірне висихання бетону призводить до нерівномірного його усадки, що в свою чергу, веде до виникнення початкових усадочних напруг. Відкриті, швидше висихають поверхно-стние шари бетону відчувають розтягнення, в той час як внутрішні, більш вологі зони, що перешкоджають усадці поверхневих шарів виявляються стислими. Наслідком таких початкових розтягують напруги-ний є усадочні тріщини в бетоні.
Початкові напруги, що виникають під впливом усадки бетону, не враховують безпосередньо в розрахунку міцності залізобетонних конструкцій; їх враховують розрахунковими коефіцієнтами, які охоплюють сукупність-ність характеристик міцності, а також конструктивні-ми мерамі- армуванням елементів. Зменшити на-чільного усадочні напруги в бетоні можна техно-логічними заходами - підбором складу, зволоженням середовища при тепловій обробці бетону, що твердіє, зволоженням поверхні бетону та ін. А також конструк-тивними мерамі- пристроєм усадочних швів в кон-струкції.