Втечение длительного времени прочность бетона была основной строительно-технической характеристикой. В настоящее время появилась возможность управлять такими технологическими свойствами, как подвижность, сохраняемость бетонной смеси, снижение или полное устранение усадки, обеспечение необходимой прочности в заданное время в зависимости от погодных условий при монолитном способе ведения работ или этапов изготовления в условиях завода. Технологические приёмы проектирования состава позволяют на стадии эксплуатации обеспечивать необходимую морозо-, огне-, ударостойкость, долговечность при агрессивных воздействиях и т.д.
Врамках концепции устойчивого развития в строительстве найдут особое применение долговечные бетоны, требующие в процессе эксплуатации минимальных затрат на ремонт; бетоны с высоким потенциалом переработки как в подвижном, так и в затвердевшем состоянии; бетоны с высоким уровнем использования местных материалов и минимальной транспортировкой составляющих.
Важное значение имеет дальнейшее совершенствование различных способов ускорения твердения бетона на основе различных химических добавок-модификаторов свойств бетона, а также разработка общей теории морозостойкости различных бетонов и создание методики определения этого показателя для разнообразных условий эксплуатации.
Для производства бетона цементная промышленность предлагает широкую гамму различных вяжущих. Помимо наиболее распространённых портландцемента и шлакопортландцемента выпускаются различные модификации цементных вяжущих, в том числе быстротвердеющие, расширяющиеся, напрягающие, многокомпонентные, тонкомолотые и др.
8
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ
Одной из серьёзных проблем современного строительства являются возросшие требования к теплотехническим свойствам ограждающих конструкций. Исследования показали, что одним из наиболее эффективных и экономичных утепляющих материалов являются бетоны из поризованного цементного теста и лёгкого заполнителя. Если в таких бетонах-утеплителях использовать ещё и облегчённый цемент, то может быть получено уникальное соотношение между прочностью и массой материала.
Специалистами НИИЖБ разработана экономически целесообразная технология, позволяющая приготовить высокопоризованный бетон, не требующий последующей сушки, что открывает широкую перспективу для применения монолитного поробетона и строительства из железобетона жилых, общественных и многоэтажных производственных зданий.
Для возведения зданий и сооружений, к облику которых представляются особые архитектурные требования, разработаны специальные бетоны, отличающиеся сочетанием высоких декоративных свойств и атмосферостойкостью. Архитектурным деталям может быть придана различная фактура от рельефного орнамента до имитации полированной поверхности. Строительно-архитектурные свойства таких бетонов сопоставимы с природным камнем, так как они обладают высокой прочностью, морозостойкостью и водонепроницаемостью.
На конференции, посвящённой бетону и железобетону, прошедшей в 2008 г. в Москве, были рассмотрены следующие проблемы:
-совершенствование расчёта бетонных и железобетонных конструкций на различные виды воздействий;
-железобетон в строительстве зданий;
-железобетон в мостостроении;
-товарный бетон в строительстве;
-перспективы развития сборного железобетона;
-применение лёгких и ячеистых бетонов;
-оборудование и методы монолитного строительства;
-бетоны повышенной прочности и долговечности;
-новые вяжущие для бетона;
-металлическая и неметаллическая арматура;
-новое поколение химических добавок-модификаторов;
9
-система евростандартов по бетону и железобетону;
-разработка бетонов с ускоренными режимами набора прочности по времени;
-роботизация и компьютеризация производства сборных конструкций и изделий, индустриализация монолитного строительства.
Сложившийся в среднем по России удельный расход энергоресурсов при эксплуатации промышленных и гражданских зданий и особенно жилья в три-четыре раза выше, чем в странах Западной Европы. Затраты на отопление жилых, промышленных и сельскохозяйственных зданий в совокупности с их обслуживанием составляют четвёртую часть средств бюджетов России и её регионов.
Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций зданий было увеличено против ранее действующих нормативов в 2 – 3,2 раза. Принятые новые нормативы теплозащиты жилых зданий должны обеспечить снижение на 40 % удельного энергопотребления при малоэтажном строительстве и при реконструкции зданий. Для многоэтажного строительства предусмотрено введение требований по снижению энергопотребления на 20 % с 01.07.96 г. и
на 40 % с 01.01.2000 г.
Для выполнения этих требований толщину наружных стен, например из керамзитобетона, следует увеличить с ныне практикуемых 30 – 35 см до 50 – 70 см, а из рядового кирпича – с 51 – 64 см до 100 – 120 см и более, что является не только нерациональным, но практически невыполнимым требованием.
Ещё в 1985 г. в СССР пришли к выводу, что наиболее оптимальный путь решения проблемы в условиях строительства на огромной территории с семью климатическими поясами – это всемерное увели-
чение объёмов выпуска прежде всего ячеистых бетонов. Речь шла о 40 – 45 млн м3 в год (40 – 45 млрд шт. усл. кирпича) в основном стеновых материалов.
В настоящее время применяются теплоизоляционные и конструк-
ционные изделия из газо- и пенобетонов с плотностью от 200 до 600 – 700 кг/м3. Их использование в сочетании с высокоэффективными теплоизоляционными материалами, такими как минераловолокнистые, пенополимерные и др., будет способствовать не только выполнению новых требований СНиПа, но и позволит встать на уровень передовых зарубежных стран. При решении вопросов об организации производства изделий из ячеистого бетона рекомендуется исходить из конкретных условий: наличия и кондиционности сырьевых компонентов,
10
наличия и уровня квалификации будущего производственного персонала, возможностей ремонтной и эксплуатационной базы.
В основе дальнейшего развития работ в области направленного регулирования свойств цементных систем лежат установленные закономерности изменения свойств бетонных смесей и получения бетонов заданных строительно-технических свойств в зависимости от строения модификаторов. Работы включали синтез модификаторов заданного состава и строения, физико-химический анализ, изучение особенностей их взаимодействия с минералами портландцемента и их влияния на свойства цементных систем, анализ полученных результатов с учётом фундаментальных закономерностей физической и коллоидной химии, механизма гидратации вяжущих минералов и формирования гидратационных структур твердения.
1.1. Классификация бетонов
Бетоном является искусственный каменный материал, получаемый твердением рационально подобранной смеси вяжущего вещества, воды и заполнителей. Бетон обладает способностью твердеть и повышать прочность как на воздухе, так и под водой, а также стойкостью ко многим агрессивным воздействиям.
Бетоны классифицируются:
по типу структуры:
1)бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами крупного и мелкого заполнителя занято затвердевшим вяжущим;
2)крупнопористые (малопесчаные и беспесчаные) бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью занято мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим;
3)поризованные бетоны, у которых пространство между зернами заполнителя занято затвердевшим вяжущим, поризованными пено- и газообразователями, воздухововлекающими добавками;
4)ячеистые бетоны с искусственными порами, состоящими из вяжущего (цемент, известь) и кремнеземистого компонента (молотого песка или золы).
Под структурой бетона понимается сумма параметров, характеризующих в пространстве расположение элементов каркаса цементного камня и частиц заполнителя, вид и свойства контактов кристаллов и коллоидных частиц в составе каркаса, а также данные о форме, раз-
11
мере и количестве пор или промежутков между частицами твердой фазы. Бетон представляет собой систему, состоящую из твердой, жидкой и газообразной фаз. В тяжелых бетонах твердая фаза составляет 94 – 98 % от общего объема. Каждая из трех фаз влияет на свойства бетона в большей или меньшей степени. Такие свойства, как морозостойкость, водонепроницаемость, усадка, в первую очередь определяются пористостью бетона;
по плотности:
1)особо тяжелые – плотность более 2500 кг/м3;
2)тяжелые – от 2200 до 2500 кг/м3;
3)облегченные – от 1800 до 2200 кг/м3;
4)легкие – от 500 до 1800 кг/м3;
5)особо легкие – плотность до 500 кг/м3 включительно;
по виду вяжущего:
1)цементные;
2)силикатные;
3)на гипсовом вяжущем;
4)на смешанном вяжущем;
5)на специальных вяжущих (органических или неорганических);
по виду заполнителей:
1)на плотных заполнителях;
2)на пористых заполнителях;
3)на специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным
требованиям (жаростойкость, химическая или радиационная стойкость и т.д.);
по зерновому составу заполнителей:
1)крупнозернистые – с крупным и мелким заполнителем;
2)мелкозернистые – только на мелких заполнителях;
по условиям твердения:
1)естественного твердения;
2)подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении;
3)подвергнутые автоклавной обработке.
1.2. Основные понятия
Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют исходя из требований к самой смеси и бетону. По своему строению бетонная
12