Основные этапы развития технологии бетона

1.Основные этапы развития технологии бетона.

 

Бетон - один из древнейших строительных материалов. Из него построены галерей египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III в. до н. э.), ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах.

Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине XIX в., после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущем веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые бетонные смеси, чтобы обеспечить их надлежащее распределение и уплотнение в бетонируемой конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность.

В эти же годы был предложен способ предварительного напряжения арматуры в бетоне, способствовавший снижению расхода арматуры в железобетонных конструкциях, повышению их долговечности и трещиностойкости.

Проф. А.Р. Шуляченко в 80-х годах прошлого века разработал теорию получения и твердения гидравлических вяжущих веществ и цементов и доказал, что на их основе могут быть получены долговечные бетонные конструкции. Под его руководством было организовано производство высококачественных цементов. Проф. Н.А. Белелюбский в 1891г. провел широкие испытания, результаты которых способствовали внедрению железобетонных конструкций в строительство. Проф. И.Г. Малюга в 1895 г. в своей работе "Составы и способы изготовления цементного раствора (бетона) для получения наибольшей крепости" обосновал основные законы прочности бетона В 1912 г. был издан капитальный труд Н.А. Житкевича 'Бетон и бетонные работы'.

В начале века появляются много работ по технологии бетона и за рубежом. Из них наиболее важными были работы Р. Фере (Франция), О. Графа (Германия), И. Боломе (Швейцария), Д. Абрамса (США).

Широкое развитие получила технология бетона в СССР со времени первых крупных гидротехнических строительств - Волховстроя (1924 г.) и Днепростроя (1930 г.). Профессора Н.М. Беляев и И.П. Александрии возглавили ленинградскую научную школу по бетону.

В 30-е годы ученные московской школы бетона Б.Г. Скрамтаев, Н.А. Попов, С.А. Миронов, С.В. Шестоперов, П.М. Миклашевский и другие разработали методы зимнего бетонирования и тем самым обеспечили круглогодичное возведения бетонных и железобетонных конструкций, создали ряд новых видов бетона, разработали способы повышения долговечности бетона, основы технологии сборного железобетона.

В послевоенные годы создаются новые виды вяжущих веществ и бетонов, начинают широко применятся химические добавки, улучшающие свойства бетона, совершенствуются способы проектирования состава бетона и его технология.

Ежегодно в строительстве применяются примерно 250 млн. куб. метров бетона и железобетона, в том числе около 125 млн. куб. метров сборного железобетона. На предприятиях работает свыше 25000 технологических линий по производству сборного железобетона.

 

2.Классификация бетонов.

 

На сегодняшний день существует несколько принципов классификации бетона:

1. По функциональному назначению

Тип бетонной смеси в первую очередь зависит от будущего предназначения и типа эксплуатации возводимой конструкции из бетона. В зависимости от требований используют необходимые бетонные смеси. Обычно рассматриваются вопросы связанные с различными экстремальными условиями эксплуатации ЖБИ, например может требоваться повышенная устойчивость к сульфату, а так же огнеупорность, или устойчивость к вибрациям и.т.д.

Таким образом, по этому показателю отличают бетон общего назначения и бетон специального назначения, а так же бываетгидротехнический бетон и специальный бетон используемый для строительства аэродромов.

• Бетон общего назначения используется для строительства фундаментов, плит перекрытий, различных балок и всевозможных колонн, и других железо-бетонных конструкций.

• Бетон специального назначения применяется при строительстве: мостов, дорог и других конструкций, при использовании которых материал будет подвергаться особым условиям использования, например такой специальный бетон используется при возведении корпусов атомных станций, для предотвращения утечек радиации, так же бывает бетон устойчивый к огню и воздействию различных кислот.

• Гидротехнический бетон используется при возведении дамб, гидроэлектростанций, водонапорных конструкций.

Прочность бетона — это так же одна из важнейших технических характеристик бетона, которая в принципе не зависит от классификации бетона. Прочность бетона зависит от количества добавляемого вяжущего вещества и типа используемого заполнителя. Чем больше цемента добавляется в бетонную смесь, тем соответственно выше получается марка (класс) бетонной смеси. Чем прочнее заполнитель, тем прочнее будет бетон.

2. По типу связующего вещества

По типу связующего вещества. Тип вяжущего напрямую влияет как на прочность, так и на другие потребительские свойства.

Тип связующего вещества — очень важен для определения различных качеств и свойств  бетона. По этому признаку отличают силикатный, гипсовый, шлакощелочный, цементный, полимербетон и другие специального предназначения.

Так же используются и комбинирование, обычно смешивают не более 2-3 вяжущих веществ. Такое комбинирование позволяет некоторые особенные свойства бетонной смеси, которые иногда могут понадобиться, например для изготовления различных сухих штукатурных смесей.

Но давайте рассмотрим каждый бетон по порядку:

Силикатный бетон - производится с добавлением извести. Твердение и набор прочности такого бетона осуществляется автоклавным способом.  Стоит отметить, что данный силикатный бетон используется достаточно редко.

Гипсовый бетон - производится данный бетон, как следует из названия на основе гипса. Данный тип бетона нашел широкое применение в строительстве внутренних межкомнатных перегородок, используется в возведении подвесных потолков, и.т.д.

Шлакощелочный бетон - производится из перемолотых шлаков, путем затворения щелочными растворами. Относительно недавно данный тип бетона, начал использоваться в строительстве.

Цементный бетон — наиболее широко распространенный и всем известный тип бетона. Производится цементный бетон из цемента. Портландцемент — самый популярный цемент используемый для производства цементного бетона, так же используются пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент. Сюда же входят и различные виды декоративных цветных цементов, различные виды безусадочных и напрягающих цементов.

Полимербетон - производится на миксованной связующей основе, из следующих компонентов: цемент, латекс и специальные смолы.

Специальный бетон — производится с использованием специальных связующих веществ. Если требуется огнеупорный и кислотоустойчивый бетон, то добавляют такой компонент как жидкое стекло, а из связующих веществ выбирают стеклощелочные, нефелиновые и шлаковые компоненты.

3.Классификация бетона по плотности

Классификация бетона по прочности (плотности). Плотность (прочность) бетона в первую очередь зависит от типа заполнителя. Заполнитель может быть пористым, плотным, а так же специального назначения. Также заполнители могут отличаться по фракции. Они также существенно влияют на основные свойства конечного продукта. Наиболее часто используются следующие виды: гравий, гранит, керамзит, диабаз, известняк. Именно от плотности зависит прочность на сжатие, водонепроницаемость и морозоустойчивость.

Классификация заполнителей для бетона и разновидности бетона по плотности:

Легкие бетоны — плотность которых от 500 кг/м3  и до 1800 кг/м3. Такие облегченные бетоны используют в качестве заполнителя керамзит (керамзитобетон), пемзе и другие заполнители с пористой структурой. Ячеистые бетоны, такие как газобетон и пенобетон, так же относятся к категории легких бетонов.

Тяжелые бетоны — плотность от 1800 кг/м3 до 2500 кг/м3. В таком тяжелом бетоне используются заполнители из камня горных пород: гранит и диабаз.

Особо тяжелые бетоны — плотность которых больше 2500 кг/м3 используют в качестве заполнителя металлическую стружку или железную руду.

4. По структуре бетона

По структуре отличают очень много видов бетона, как мы писали выше. Наиболее популярными среди них являются плотный, ячеистый, крупнопористый.

5. По условиям затвердевания

Различают бетон по условиям затвердевания. По такому показателю отличают бетоны, затвердевающие естественным путем и при особых условиях (например, в условиях повышенного давления или при высокой температуре).

Таким образом, на сегодняшний день разработано чрезвычайно широкое разнообразие видов бетона используется ГОСТ классификация бетонов, которые могут быть использованы с разными целями и для разных строительных объектов. Чтобы правильно сориентироваться в столь широком разнообразии, нужно обратиться за помощью к квалифицированному специалисту.

                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Материалы для бетонов: общие требования.

 

 Требования к материалам для приготовления бетонных смесей (вяжущим, добавкам, заполнителям, затворителям) и к составу бетона должны устанавливаться в нормативных или технических документах, а также в технологической документации на бетон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Вяжущие вещества для бетонов: общие требования к цементам.

 

Для приготовления обычного бетона в качестве вяжущего используют портландцемент и его разно-видности, а также другие виды цементов. Выбор марки цемента и его вида определяется заданной прочностью бетона, условиями его твердения (естественные и искусственные - пропаривание, электропрогрев)  и эксплуатацией сооружения.

Марку цемента (Rц) подбирают таким образом, чтобы она превышала заданную марку бетона (Rб) примерно в 2-2,5 раза. Если активность цемента будет меньше 2,5 Rб, то его расход сильно увеличится. Если же она больше 2,5 Rб, то  цемента будет недостаточно, и он не обеспечит необходимую плотность. В последнем случае к цементу следует прибавлять тонкомоло¬тые минеральные добавки (молотый трепел, песок, гранит, из¬вестняк, кирпич и др.), а для бетонов невысокой прочности - глину, не загрязненную органическими и сернокислыми примесями. Объем добавки (g)можно определить ориентировочно по формуле:

 Однако оптимальное  содержание добавки можно установить  только опытным путем.

Наименьшие допускаемые расходы цемента на 1 м3 бетон¬ной смеси установлены ориентировочно, исходя из условий прочности, плотности и сцепления бетона с арматурой: для же¬лезобетонных конструкций, находящихся на открытом воздухе или воде, - 250 кг/м3; для конструкций, находящихся внутри зданий, - 220 кг/м3; для вибрированного бетона - 200 кг/м3.

При тепловлажностной обработке изделий (пропаривании), нормальном и повышенном (в автоклавах) давлении и проч¬ности бетона не менее 250 кг/см2 применяют портландцемент, пуццолановый и шлакопортландцемент марки 400.

При электропрогреве или при непосредственном контакте изделий с приборами обогрева, а также при отсутствии тепло¬вой обработки применяют быстротвердеющий портландцемент марки 400 и выше.

Цементы должны изготавливаться в соответствии с требованиями настоящего стандарта и нормативного документа на цемент конкретного вида или группу конкретной продукции по технологическому регламенту, утвержденному изготовителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Портландцемент и шлакопортландцемент.

 

Портландцементом называют гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80%). Портландцемент – продукт тонкого измельчения клинкера с добавкой гипса (3-5%). Клинкер представляет собой зернистый материал, полученный обжигом до спекания (при 1450 °С) сырьевой смеси, состоящей в основном из углекислого кальция и алюмосиликатов. Небольшая добавка гипса регулирует сроки схватывания портландцемента.

Для производства портландцемента имеются неограниченные сырьевые ресурсы в виде побочных продуктов промышленности и распространенных карбонатных и глинистых горных пород. Автоматизация производственных процессов и переход к производству цемента на заводах-автоматах значительно снижают потребление энергии и трудоемкость, позволяют значительно увеличить выпуск цемента.

Изобретение портландцемента (1824) связано с именами Е.Г.Челиева и Дж.Аспдина, которому был выдан патент на изобретение. Название «портландцемент» связано с полуостровом на юге Великобритании – Portland, где началось промышленное производство цемента.

Портландцемент и шлакопортландцемент применяют для создания массивных бетонных и железобетонных конструкций подводных и подземных частей сооружений (плотин, шлюзов туннелей, канализационных и водопроводных сетей, фундаментов и т. п.). Широко используют эти цементы в производстве сборных изделий с тепловлажностной обработкой. Не эффективны эти цементы, в особенности пуццолановый портландцемент, в наземных конструкциях в районах с сухим климатом или в цехах с пониженной влажностью воздуха, а также в частях сооружений, подвергающихся систематическому попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высушиванию.

Шлакопортландцемент, вследствие пониженного тепловыделения и повышенной жаростойкости, предпочитают портландцементу при изготовлении бетонов для массивных сооружений, а также в конструкциях горячих цехов.