Особливі властивості бетону.
Висока щільність бетону досягається раціональним підбором зернового складу заповнювачів (з мінімальною пустотностью), застосуванням бетонних сумішей з низьким водоцементним ставленням, інтенсивним ущільненням, введенням в бетонну суміш добавок. Однак навіть суворе виконання зазначених заходів не дає можливості отримати абсолютно щільний бетон. Пори в бетоні утворюються в результаті випаровування води, не вступила в хімічну реакцію з цементом при його твердінні, а також внаслідок неповного видалення повітряних бульбашок при ущільненні бетонної суміші. Тому бетон є матеріалом газопроницаемой.
Водопроникність бетону. як уже говорилося раніше, характеризується тиском води, при якому вона ще не просочується через зразок. Щільний бетон при мелкопористой структурі і достатній товщині конструкції виявляється практично водонепроникним. За водопроникності бетон ділять на шість марок: В2, 4, 6, 8, 10 і 12, що витримують відповідно тиск 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0 і 1,2 МПа. У більш тонких конструкціях домагаються високої водонепроникності бетону використанням гідрофобного цементу, а також застосуванням гідроізоляційних покриттів, що наносяться на поверхню пневматичним способом (торкретуванням).
Щільний бетон може бути непроникний не тільки для води, але і для рідких нафтових продуктів в'язкої консистенції - мазуту і важкої нафти. Легкі і середні нафтові фракції, наприклад бензин і гас, проникають через бетон легше, ніж вода. З метою захисту бетонних і залізобетонних споруд, призначених для зберігання важких нафтопродуктів, поверхні споруд покривають рідким склом, а від проникнення легких і рідких нафтових продуктів (бензину, гасу та ін.) Застосовують спеціальні бензінонепроніцаемие мембрани, поверхневі покриття (плівки з пластмас) або виготовляють бетон на водонепроникному для зазначених рідин цементі.
Морозостійкість бетону характеризується найбільшим числом циклів заморожування і відтавання, які здатні витримувати зразки 28-добового віку без зниження межі міцності при стисненні більш ніж на 25% і без втрати в масі більше 5%. Морозостійкість є одним з головних вимог, що пред'являються до бетону гідротехнічних споруд, дорожніх покриттів, опор мостів та інших подібних конструкцій. Морозостійкість бетону залежить від його структури. Для конструкцій, що зазнають в зволоженому стані попеременному замерзання відтавання, встановлені наступні марки по морозостійкості: F50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 600. Марку бетону по морозостійкості вибирають в залежності від кліматичних умов (числа змін рівня води на омивається поверхні бетону або числа змін заморожування і відтавання за зимовий період). Морозостійкими виявляються, як правило, бетони високої щільності. Також важливу роль в морозостійкості бетону грає морозостійкість наповнювачів, марка яких по морозостійкості повинна бути не нижче цього показника для бетону.
Бетон під навантаженням поводиться інакше, ніж сталь і інші пружні матеріали. Область пружної роботи бетону йде від початку навантаження до напруги стиснення, при якому по межі зчеплення цементного каменю з заповнювачем з'являються мікротріщини, при подальшому навантаженні мікротріщини утворюються вже в цементному камені і виникають пластичні непружні деформації бетону. Розвитку пластичних деформацій сприяє також гелева складова цементного каменю. Бетон поводиться як пружнов'язкопластичних тіло.
Дослідами встановлено, що при невеликих напругах і короткочасному навантаженні для бетону характерна пружна деформація. Якщо напруга перевищує 0,2 від межі міцності, то спостерігається помітна залишкова (пластична) деформація. Повну деформацію можна уявити як суму пружною і пластичної деформацій. Тому діаграма деформування (залежність напруги а від відносної деформації е) не прямолінійно, для кожного напруги існує свій модуль пружності. За початковий модуль пружності бетону при стисненні і розтягуванні прийнято приймати відношення нормального напруги до відносної деформації при значенні напруги не більше 0,2 від межі міцності. Для інших точок кривої, що лежать за вказаною кордоном, модуль деформацій є змінною величиною, рівною відношенню відповідного напруги до повної деформації.
Початковий модуль пружності зростає при збільшенні міцності бетону і зменшується зі збільшенням пористості бетону. При однаковому класі бетону модуль пружності легкого бетону на пористому заповнювачі в 1,7-2,5 рази менше важкого бетону. Модуль пружності пористого бетону ще нижче. Модулі пружності бетону при стисненні і розтягуванні приймають рівними між собою.
Коефіцієнт Пуассона бетону, що характеризує пружні властивості матеріалу, змінюється в досить вузьких межах 0,13 0,22 і в середньому дорівнює 0,167. Модуль деформацій легких бетонів на пористих заповнювачах приблизно в два рази менше, ніж у равнопрочних важких бетонів, підвищення граничної деформації бетону збільшує його стійкість до утворення тріщин.
Повзучість - явище збільшення деформації бетону в часі при дії постійного навантаження. Повна відносна деформація бетону при тривалій дії навантаження складається з його початкової пружною і пластичної деформації повзучості. Повзучість проявляється при всіх видах деформації. При розтягуванні бетону вона в 1,5 рази вище, ніж при стисканні.
Повзучість бетону пояснюють пластичними властивостями вологого цементного гелю, а також виникненням і розвитком мікротріщин. Повзучість залежить від виду цементу і заповнювачів, складу бетону, його віку, водоцементного відносини, вологості і умов тверднення. Менша повзучість спостерігається у бетонів на високомарочних цементах і щільних заповнювачах. Легкі бетони на пористих заповнювачах мають велику повзучість, ніж важкі.
В процесі твердіння відбуваються об'ємні зміни бетону. Твердіння бетону на повітрі, за винятком бетонів на безусадочном і розширюється цементах, супроводжується зменшенням об'єму, т. Е. Усадкою. При твердінні бетону в воді спочатку його обсяг дещо збільшується, і в повітряно-сухих умовах він дає усадку. Значну усадку мають бетони з рідких сумішей (з великою витратою цементу, а також вод о-цементним відношенням). Найбільша усадка в бетоні відбувається в початковий період твердіння - за першу добу вона становить до 60-70% від місячної усадки. Пояснюється це тим, що в зазначений період особливо інтенсивно зневоднюється тісто внаслідок випаровування і поглинання вологи гидратирующие зернами цементу. В результаті зневоднення частки зближуються між собою і цементний камінь дає усадку.
Об'ємні зміни в бетоні в перший період твердіння викликаються розширенням від нагрівання (іноді до 50 ° C всередині масивних конструкцій) в результаті екзотермічних реакцій цементу з водою. Такі зміни можуть викликати значні деформації конструкцій і навіть поява тріщин. Для запобігання їх в масивних бетонних конструкціях влаштовують спеціальні температурні шви. Щоб зменшити екзотермії бетону, застосовують цементи з малим виділенням тепла. Величина усадки бетону на портландцементі залежить від мінералогічного складу і тонкощі помелу цементу. Усадка бетону зростає зі збільшенням тонкості помелу цементу.
Агресивне середовище і заходи захисту від неї. Практика експлуатації водопровідно-каналізаційних бетонних споруд показала, що в ряді випадків під впливом фізико-хімічного дії рідин і газів бетон може руйнуватися. Корозія бетону викликається головним чином руйнуванням цементного каменю і виникає в результаті проникнення агресивного речовини в товщу бетону, і вона особливо інтенсивна при постійній фільтрації такого речовини. Тому основним заходом запобігання бетону від корозії є надання йому можливо більшої щільності і правильне конструювання елементів споруд, що забезпечує рівномірну (без утворення тріщин) деформацію бетону в процесі твердіння.
Ставлення до дії високих температур. Бетон - вогнестійкий матеріал, що витримує високі температури під час пожежі. Вогнестійкість бетону дозволяє застосовувати його для пристрою димарів промислових печей, їх фундаментів. Вогнестійкість бетону залежить не тільки від виду цементу, а й природи наповнювачів. Якщо в якості наповнювачів застосовують гірську породу, до складу якої входить кристалічний кварц, то при температурі близько 600 ° C в бетоні можуть з'явитися тріщини внаслідок значного збільшення обсягу кварцу.
При проектуванні бетонних конструкцій, що піддаються тривалому впливу температур, необхідно враховувати, що при температурі 150-250 ° C міцність бетону на портландцементі знижується на 25%. При нагріванні бетону вище 500 ° C і наступному зволоженні він руйнується. Для будівельних конструкцій, що піддаються тривалому впливу високих температур (понад 200 ° C), застосовують спеціальний жаростійкий бетон.