властивості бетону
Основні властивості бетону - міцність, пористість, морозостійкість, водонепроникність, вогнестійкість.
Міцність. Як і у всіх кам'яних матеріалів, міцність бетону при стисненні значно (в 10 ... 20 разів) вище, ніж при розтягуванні .і вигині. Тому в будівельних конструкціях бетон, як правило, піддається сжімаюім напруженням. Говорячи про міцність бетону, мають на увазі його міцність на стиск.
Бетон на портландцементі набирає міцність поступово. При нормальній температурі і постійному збереженні вологості зростання міцності бетону триває тривалий час, але швидкість набору міцності з часом згасає. Міцність бетону характеризується його маркою (рис. 1).
Марка бетону визначається за границею міцності при стисканні зразків-кубів розміром 150Х 150Х 150 мм, виготовлених з робочою бетонної суміші і тверділи 28 діб в нормальних умовах (температура (20 ± 2) ° С і відносна вологість повітря 95%). Методи визначення міцності бетону регламентовані ГОСТ 10180-78.
Для важких бетонів були встановлені наступні марки: М50, М75, М100, Ml50, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600, М700 і М800.
Міцність бетону залежить від міцності складових його матеріалів і від міцності зчеплення їх один з одним. Але міцність заповнювача (піску, щебеню, гравію), як правило, вище міцності самого бетону, тому мало впливає на останню. Таким чином, міцність бетону визначається головним чином міцністю затверділого цементного каменю і міцністю його зчеплення з заповнювачем.
Мал. 1. Зміна міцності бетону в часі
Міцність цементного каменю залежить від двох чинників: марки цементу і співвідношення води і цементу. Чим вище марка цементу, тим за інших рівних умов міцніше буде цементний камінь. Залежність міцності цементного каменю від співвідношення цементу і води в бетонній суміші пояснюється наступним. Цемент при твердінні хімічно пов'язує 20 ... 25% води від власної маси, а щоб забезпечити необхідну рухливість бетонної суміші, доводиться брати 40 ... 80% води від маси цементу. Природно, чим більше в бетоні буде вільною, хімічно зв'язаної води, тим більше буде часу в цементному камені і відповідно нижче його міцність.
Міцність зчеплення між цементним каменем і наповнювачами визначається в основному якістю поверхні заповнювача. Для забезпечення високої міцності зчеплення поверхню зерен заповнювача повинна бути чистою і шорсткою, Наприклад, бетон на щебені при інших рівних умовах міцніше бетону на гравії.
Усадка бетону. При твердінні на повітрі відбувається усадка бетону - скорочення лінійних розмірів до 0,3 ... 0,5 мм на 1 м довжини. Великі усадочні деформації - одна з причин утворення тріщин в бетоні. Особливо значна усадка в початковий період твердіння: в першу добу вона досягає 70% від місячного значення. Причина усадки бетону - усадка твердіє цементного тесту, тому чим більше в бетоні цементу, тим більше його усадка і ймовірність розтріскування.
Пористість. Для отримання удобоукладиваемой бетонної суміші доводиться вводити до складу бетону в 2 ... 4 рази більше води, ніж може її зв'язати твердне цемент. Надлишок води призводить до утворення пір в бетоні. Зменшують пористість бетону зменшенням кількості води по відношенню до цементу, а також зниженням загального вмісту цементного тесту в бетоні.
В середньому пористість щільно покладеного і затверділого бетону 5 ... 7%. При такій пористості бетон непроникний для води, але проникний для легких нафтопродуктів (бензин, гас) і газів.
Морозостійкість бетону залежить від кількості і характеру (відкриті і закриті) пір, а також від морозостійкості заповнювача.
Згідно СНиП 2.03.01-84, марки за морозостійкістю для важких бетонів F50, 75, 100, 150.
Вогнестійкість. Під вогнестійкістю бетону розуміють його здатність зберігати міцність при короткочасному впливі високих температур, наприклад при пожежі. При короткочасному нагріванні завдяки малій теплопровідності бетон прогрівається на невелику глибину, причому міститься в ньому вода (в тому числі і хімічно зв'язана) випаровується, знижуючи температуру бетону. При тривалій дії високих температур в бетоні можуть статися безповоротні хімічні зміни, що супроводжуються втратою їм міцності.
Для влаштування конструкцій топок, печей і промислових труб застосовують спеціальний жаротривкий бетон на глиноземному цементі і жаростійких заповнювачах.
Найважливішим властивістю бетону є його міцність, тобто здатність чинити опір зовнішнім силам не руйнуючись. Як і природний камінь, бетон краще всього чинить опір стисненню, тому за критерій міцності бетону будівельники взяли межа міцності бетону при стисканні. Щоб визначити міцність бетону, з нього виготовляють еталонний кубик з ребром 200 мм. Потім на гідравлічно пресі такий кубик піддають стисненню, доводячи до руйнування. З цього, знаючи руйнівне навантаження і площа поперечного перерізу зразка, можна визначити міцність. Наприклад, якщо бетонний кубик з ребром 200 мм зруйнувався при навантаженні 800 кН (80 тонн), то межа міцності при стисненні буде дорівнює 20 МПа (200 кгс / см2).
Залежно від міцності на стиск бетон ділиться на марки. Марку бетону будівельники визначають за межі міцності еталонного кубика з ребром 200 мм. Так, в Радянському Союзі в будівництві застосовують такі марки бетону: 600,500, 400, 300, 250, 150, 100 і нижче. Вибір марки визначається умовами, в яких працюватиме бетон.
Міцність бетону залежить від міцності кам'яного заповнювача (щебеню, гравію) і від якості розчиненого у воді цементу: бетон буде тим міцніше, чим міцніше кам'яні заповнювачі і чим краще вони будуть скріплені цементним клеєм. Міцність природних каменів не змінюється з часом, а ось міцність бетону з часом навіть зростає.
Іншою важливою властивістю бетону є середня щільність-відношення маси матеріалу до всього його обсягу (виражається в кг / м3, г / см3 або відсотках). Середня щільність бетону завжди менше 100%.
Середня щільність сильно впливає на якість бетону, в тому числі і на його міцність: чим вище середня щільність, бетону, тим він міцніше. Пори в бетоні, як правило, з'являються при його виготовленні: в результаті випаровування зайвої води, не вступила в хімічну реакцію з цементом при його твердінні, при поганому перемішуванні бетонної суміші і, нарешті, при нестачі цементу.
Властивість, зворотне середньої щільності бетону, - пористість - є відношення об'єму пор до загального обсягу матеріалу, тобто пористість "доповнює" середню щільність бетону до 100%. Як би щільний не був бетон, в ньому завжди є пори!
Водостійкість - це властивість бетону протистояти дії води не руйнуючись. Щоб визначити водостійкість бетону, виготовляють два зразки: один в сухому вигляді розчавлюють на пресі і визначають його нормальну міцність. Інший зразок попередньо занурюють у воду, а після насичення водою також руйнують на пресі. Через ослаблення зв'язків між частинками міцність зразка зменшується. Ставлення міцності насиченого водою зразка до міцності в сухому вигляді називається коефіцієнтом розм'якшення матеріалу. Для бетону він більше 0,8. Крім того, на водостійкість бетону впливають гідратів новоутворення, які мають дуже низьку розчинність. Тому бетон є водостійким і може застосовуватися для споруд, що піддаються дії води - гребель, пірсів, молів.
Теплопровідність характеризує здатність бетону передавати через4 свою товщину тепловий потік, що виникає через різницю температур на поверхнях бетону. Теплопровідність бетону майже в 50 разів менше, ніж у сталі, але зате вище, ніж у будівельної цегли.
Порівняно невисока теплопровідність забезпечує бетону досить високу вогнестійкість - здатність матеріалу витримувати дію високих температур. Бетон може витримати протягом тривалого часу температуру вище 1000 ° С. При цьому він не руйнується і не тріскається.
Всі знають, що якщо в пори каменів проникає вода, то, замерзаючи, вона розширюється і тим самим руйнує навіть найміцніші гірські породи. Бетон же при насиченні водою може витримувати багаторазове заморожування і відтавання. При цьому він не руйнується і майже не знижує своєї міцності. Це властивість називається морозостійкістю.
Середня щільність бетону може бути різною. Вона залежить від наповнювачів, які використовуються в бетоні. За цією ознакою бетони діляться на три види: важкий, легкий і особливо легкий. Ця класифікація залежить від маси заповнювача, що застосовується при виготовленні бетону. Так, наприклад, бетон на природних заповнювачах з граніту, вапняку, доломіту має середню щільність 2200-2400 кг / м3, а міцність його досягає 60 МПа (або 600 кгс / см2). Такий бетон називають тяжким. А ось бетон на щебені з легких кам'яних порід (пемза або туф) має меншу середню щільність - зазвичай 1600-1800 кг / мЗ і називається легким бетоном. Якщо бетон виготовити на штучних легких пористих заповнювачах з обпалених до спікання глиняних матеріалів, як, наприклад, керамзит, аглопорит, шлаковая пемза, зольний гравій і т.п. то можна отримати цілу гаму легких бетонів з різною середньою щільністю - до 1800 кг / мЗ. Їх міцність коливається від 7,5 до 40 МПа (75 до 400 кгс / см2).
Застосування важкого або легкого бетону визначається типом Конструкції та умовами її експлуатації.
За призначенням бетони підрозділяються на бетон звичайний - для виготовлення колон, балок, плит і тому подібних конструкцій; бетон гідротехнічний - для гребель, шлюзів, облицювання каналів; бетон для підземних споруд - для виготовлення труб колодязів, резервуарів; бетон для дорожніх покриттів; бетони спеціального призначення на спеціальних видах цементу - кислототривкий, жаростійкий і т.п.