Строительный материал столетия

В данной статье рассмотрены современное состояние и тенденция развития технология легкого бетона. Изучаются современные технологические линии, целесообразные режимы основных процессов, а также организация технологии бетона для промышленного и гражданского строительства.

Ключевые слова: бетон, конструкция, строительный материал, сооружение, песчано-гравийные смеси, горные породы, заполнители, прочность, давление, цемент, морозостойкость, вискозиметр.

This article describes the current status and trend of development of technology of lightweight concrete. Studied modern production lines, suitable modes of basic processes, as well as the organization of concrete technology for industrial and civil construction.

Keywords: concrete, construction, building materials, construction, sand and gravel, rocks, aggregate, strength, pressure, cement, frost, viscometer.

Темпы строительства во многих регионах Казахстана сдерживаются из-за отсутствия развитой транспортной сети при удалённости объектов от баз строительной индустрии. Более того, освоение отдаленных районов нашей республики предъявляет повышенные требования к строящимся объектам, ведущее место при строительстве которых занимает бетон. В качестве заполнителей зачастую применяют местные горные породы, песчано-гравийные смеси из русла рек, пески и т. д., при этом требуется производить бетонные работы в короткий срок и с хорошим качеством.

Бетон — один из древнейших строительных материалов. Из него построены галерей египетского лабиринта (3600 лет до н. э.), часть Великой Китайской стены (III век 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 вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций [1].

Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. Столетиями бетон использовался как долговечный строительный материал. В начале 20 века, с появлением стального армирования, бетон становится наиболее широко применяемым строительным материалом в мире. Долговечный и стойкий к коррозии, бетон противостоит солнечным лучам и влаге, большинству микроорганизмов и проникновению химических элементов.

Бетон способен выдержать давление до 1000 кгс/см², но при этом имеет относительно низкую прочность на разрыв и изгиб. В зависимости от доступности сырья и альтернативных строительных материалов бетон может быть относительно недорогим в производстве и технологичным при изготовлении сложных строительных конструкций [2].

Для приготовления бетона строительных конструкций наиболее широко используют неорганические вяжущие вещества. Эти вещества при смешивании с водой под влиянием внутренних физико-химических процессов способны схватываться (переходить из жидкого или тестообразного состояния в камневидное) и твердеть (постепенно увеличивать свою прочность). Различают неорганические вяжущие вещества водного (цементы) и воздушного (известь, гипс и др.) твердения [3].

На современном этапе строительства важнейшей задачей является снижение массы зданий и сооружений за счет применения облегченных конструкций.

Использование легких бетонов позволяет снизить массу сборных железобетонных конструкций на 30–35 %, укрупнить монтируемые элементы зданий, улучшить теплотехнические и акустические показатели зданий, снизить транспортно-монтажные расходы, уменьшить стоимость строительства в среднем на 5, а в некоторых районах на 30–40 %, снизить трудовые затраты на стройках до 50 %, увеличить производительность труда на 20 %.

Основными направлениями по улучшению качества бетонных изделий на стадии приготовления бетонной смеси в настоящее время являются: использование разнообразных химических добавок (модификаторов, пластификаторов), активных наполнителей, и т. д. Так, из обычных тяжелых бетонов на плотных заполнителях основное применение находят бетоны марки 200–400, а к высокопрочным относят бетоны марки 600 и выше.

Из легких бетонов на пористых заполнителях, в том числе керамзитобетонов, наиболее массовое применение в настоящее время находят бетоны марок 50–100. Поэтому высокопрочным сейчас целесообразно считать керамзитобетон марки выше 200. В дальнейшем по мере развития применения керамзитобетона граница высокопрочных керамзитобетонов, очевидно, переместится в сторону более высоких марок.

Сокращение времени набора прочности является непременным условием любой технологии производства бетонных работ, так как длительное твердение бетона стало несовместимым с существующими темпами строительства.

Легкие бетоны находят в строительстве возрастающее применение. Конструкции из легких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические свойства зданий, значительно снизить их массу, успешно решить проблему объемного и многоэтажного строительства, а также строительства в сейсмических районах страны. Развитие производства бетонов с применением пористых заполнителей характерно как для нашей страны, так и зарубежного строительства. В нашей стране наиболее широко используемым заполнителем является керамзит, а также аглопорит, перлит и др. Керамзитовый гравий составляет до 80 % общего объема современного производства искусственных пористых заполнителей. За рубежом более типичным легким заполнителем является термозит (шлаковая пемза). Понятие «высокопрочный» для бетонов является относительным и характеризует бетоны более прочные, чем применяемые в настоящее время в массовом строительстве. Бетоны называются легкими, если в сухом состоянии их средняя плотность не выше 2000 кг/м³. Снижения их массы достигают в основном за счет облегчения заполнителя, иногда еще путем поризации вяжущей части.

В зависимости от назначения и технических свойств легкие бетоны разделяют на конструкционные, применяемые для несущих конструкций (стены, перекрытия, и др.); теплоизоляционные, применяемые для ограждающих слоистых конструкций как утеплитель и разного рода теплоизоляции, звукопоглощения; конструкционно-теплоизоляционные. Конструкционные легкие бетоны марок 150–400 получают на основе портландцемента марок 300–600 с применением керамзитового гравия (керамзитобетоны), аглопоритового щебня (аглопоритобетоны) или шлаковой пемзы (шлакобетоны). В качестве мелкого заполнителя применяют природный песок, но может быть использован и дробленый песок. Средняя плотность этих бетонов с применением кварцевого песка составляет 1600–1800 кг/м³, что значительно меньше, чем при применении плотного заполнителя для получения тяжелого бетона той же прочности. Эффективность легкого бетона в данном случае особенно наглядна при сравнении их по коэффициентам конструктивного качества. Этот коэффициент, обозначаемый ККК, равен отношению предела прочности бетона при сжатии к его средней плотности. При равной прочности у легкого конструктивного бетона в среднем он выше в 2400/1700 = 1,4 раза, поэтому легкие бетоны целесообразнее применять, чем тяжелые одинаковой прочности, в междуэтажных перекрытиях отапливаемых зданий, в проезжей части мостов, в железобетонных конструкциях с обычной и предварительно напряженной арматурой (балки, прогоны, лестничные марши и площадки и т. п.). Широкому применению конструктивных легких бетонов в наружных конструкциях способствует высокая морозостойкость (Мрз35 и выше), а при использовании для гидротехнических сооружений их морозостойкость увеличивают до 300 и выше, что достигается введением некоторых добавочных веществ.

Для установления марки бетонов гидротехнических массивных сооружений срок выдержки образцов равен 180 суткам. Срок выдержки и условия твердения образцов бетонов сборных изделий указываются в соответствующих ГОСТах. За марку силикатных и ячеистых бетонов принимают временное сопротивление в кгс/см² на сжатие образцов тех же размеров, но прошедших автоклавную обработку одновременно с изделиями (1 кгс/см² 0,1 Мн/м²). Особо тяжёлые бетоны имеют марки от 100 до 300 (10–30 Мн/м²), тяжёлые бетоны от 100 до 600 (10–60 Мн/м²). Марки высокопрочных бетонов от 800–1000 (80–100 Мн/м²). Применение высокопрочных бетонов наиболее целесообразно в центрально-сжатых или сжатых с малым эксцентриситетом колоннах многоэтажных промышленных и гражданских зданий, фермах и арках больших пролётов. Лёгкие бетоны на пористых заполнителях имеют марки от 25 до 200 (2,5–20 Мн/м²), высокопрочные бетоны до 400 (40 Мн/м²), крупнопористые бетоны от 15 до 100 (1,5–10 Мн/м²), ячеистые бетоны от 25 до 200(2,5–20 Мн/м²), особо лёгкие бетоны от 5 до 50 (0,5–5 Мн/м²). Прочность бетонов на осевое растяжение ниже прочности бетонов на сжатие примерно в 10 раз.

Кроме того, значительный эффект достигается при использовании технологических приёмов воздействия не только на сами бетоны в процессе его созревания, но и на его компоненты на стадии изготовления.

Таким образом, бетон остается на сегодняшний день широко применяемым строительным материалом.

Технологические приемы его изготовления, подбор составляющих компонентов является актуальной проблемой химической технологии.

Литература:

1.                  Сажнев Н. П., Шелег Н. К. Производство ячеистобетонных изделий по технологии фирмы «Хебель». — Строительные материалы и изделия. — 2002. — № 3. — С. 17–21.

2.                  Рязанов А. В. Пенобетон и его производство // Строительная альтернатива. — 2002. — № 1.

3.                  Андреева А. Н. Химия цемента и вяжущих веществ: учеб. пособие / Н. А. Андреева; СПБГАСУ. — СПб., 2011. — 67 с.

4.                  ГОСТ 12801–98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний.