Изготовление бетона.

Бетоны представляют собой искусственные камни конгломератного строения, в которых зерна заполнителя скреплены между собой цементным камнем , образо вавшимся в результате схватывания и твердения цементного теста. Очевидно, что физико-механические и химические свойства бетонов определяются совокупностью свойств за полнителя, цементного камня полнотой и прочностью контакта и сцепления между зернами заполнителя с цементным камнем.

Материал заполнителя и вяжущее выбирают в зависимости от за данной марки бетона или строительного раствора. Многолетней практикой установлено, что для обыкновенных бетонов прочность заполнителей и марочность вяжущего вещества должны быть в 1,5-2,0 раза выше заданной марочности бетона.

Чтобы бетон максимально насытить заполнителем, необходимо подобрать его зернистость так, чтобы до стичь плотнейшей укладки, т. е. чтобы в межзерновом пространстве между наиболее крупными зернами заполнителя размещались зерна средней величины, а межзерновое пространство между ними в свою очередь было заполнено наиболее мелкими. Цементный камень дол жен покрывать полную поверхность всех зерен заполнителя и плотно скрепляться с ней. Последнее достигается в том случае, когда зерна заполнителя находятся друг от друга на некотором расстоянии, т. е. когда соблюдается некоторая раздвижка зерен, характеризуемая коэффициентом раздвижки.

Иногда расстояние между зернами круп ного заполнителя характеризуют коэффициентом избытка раствора К изб . который характеризует излишек раствора, необходимый для состава бетона, чтобы раствор заполнил все межзерновое простран ство между зернами крупного заполнителя при нормальной раздвиж ке их. Величина К изб может колебаться от 1,15 до 1,5. Для умеренно жестких бетонных смесей К изб принимается равным 1,15-1,2.

Структура бетона, в котором вся поверхность зерен заполнителя покрыта цементным камнем, называется плавающей в отличие от кон тактной структуры, в которой зерна заполнителя в некоторых точках контактируют между собой. Бетон с плавающей структурой более прочен и более совершенен.

Наиболее допустимая величина зерен крупного заполнителя в бе тонах не должна превышать 1/3 минимального размера бетонируемого элемента, а в железобетонных конструкциях - 3/4 минимального расстояния между арматурными стержнями. Исходя из этого, фрак ции заполнителя свыше 40 мм используются главным образом в моно литных бетонных сооружениях. Для изготовления строительных де талей сборного домостроения применяют главным образом заполни тель зернистостью 40 мм и меньше.

Существенное влияние на свойства бетонов оказывает форма зерен заполнителя и характер поверхности их. Форма зерен может быть многогранной, сфероидной и пластинчато-лещадной; поверхность - шероховатой или круглоокатанной. Пластинчато-лещадная форма зерен считается непригодной, и такие зерна должны быть удалены из общей массы заполнителя.

Заполнитель с выпукло-многогранной формой зерен, обладающий острыми углами и ребрами, а также бугристо-шероховатой поверхно стью граней, называется щебнем. Щебень получается при естественном или искусственном механическом дроблении горных пород и таких искусственных камней, как кирпич, плитка и т. д.

Заполнитель сфероидной формы с гладкой круглоокатанной по верхностью называется гравием. Он может быть естественного и искус ственного происхождения; первый образуется из природного щебня в процессе переноса его водными потоками на далекое расстояние от места залегания материнской горной породы, а также в результате непрерывного многократного перекатывания волнами озерного или морского пробоя. Искусственный гравий, например керамзит, полу чают обжигом гранул, изготовленных из вспучивающихся глин.

В зависимости от условий образования зерна мелкого заполни теля - песка тоже могут быть многогранными, с бугристо-шерохо ватой поверхностью (горные и овражные пески, а также пески от ис кусственного дробления камней) и круглоокатанными с гладкой по верхностью (морские, озерные и речные пески.

Сцепление бугристо-шероховатой поверхности зерен заполнителя с цементным камнем значительно полнее и прочнее, чем с круглоока танной, поэтому при выборе заполнителя предпочтение отдается щебню перед гравием, овражным и горным пескам перед морскими и дюнными. Однако с учетом местных условий и экономических сообра жений при изготовлении бетонов часто ис пользуется заполнитель округлоокатанной формы с гладкой поверх ностью.

В плотных наиболее прочных бетонах цементный камень запол няет межзерновое пространство между зернами заполнителя и покры вает поверхность их ровным слоем. Чем плотнее цементный камень и чем прочнее скрепляется он с зернами заполнителя, тем выше марка бетона при всех прочих равных условиях.

Однако в практике изготовления обычных бетонов и строитель ных растворов идеальная структура не всегда выполнима. Все вя жущие вещества, за исключением строительного гипса, безусадочного и расширяющего цемента, при схватывании и твердении сокращаются в объеме, т. е. дают усадку. В результате этого цементный камень в некоторых местах отслаивается от поверхности зерен заполнителя. Это приводит к образованию микрощелей - плоских пустот между цементным камнем и поверхностью заполнителя. Кроме этого, во время усадки в самом цементном камне возникают усадочные напряжения, вызывающие образование микротрещин. Микротрещины могут быть вызваны также температурными деформациями и контрактационными изменениями цементного камня в процессе образования его из цемент ного теста.

Чрезвычайно важным фактором, влияющим на свойство бетонов и строительных растворов, является наличие в них газовоздушных включений или пор. Последние могут быть открытыми, закрытыми и полузакрытыми. Наличие пор в плотных и конструктивных бетонах ухудшает их качество, в то время как в легких и теплоизоляционных бетонах поры необходимы и создаются искусственно.

В плотных бетонах пористость может образоваться в результате недостаточного уплотнения бетонных смесей при формовании изделий или при бетонировании сооружений, а также благодаря высокому водоцементному отношению, принятому при составлении смесей. В бетонных и растворных смесях вода является химическим реа гентом, принимающим активное участие в превращении вяжущего вещества в искусственный камень (см. стр. 202). Теоретически количе ство воды, необходимое для гидролиза и гидратации портландцемента, составляет 20-25% от его веса. Если учесть, что количество цемента 15 обычных бетонных смесях составляет в среднем около 15%, то общая влажность таких смесей составит всего лишь около 4.

При такой влажности бетонная смесь чрезвычайно жесткая и трудноуплотняемая во время формования. Поэтому содержание воды в смесях увеличи вают по сравнению с теоретическим примерно в два раза. Количест венное соотношение между водой и вяжущим веществом характеризует ся числовым показателем, называемым водо-вяжущим отношением, или, если вяжущим веществом является цемент, водо- цементным отношением, обозначаемым сокращенно через -п- . В обычных бетонах водо-цементное отношение составляет в среднем 0,5.

При таком водоцементном отношении на гидролиз и гидратацию цемента расходуется не вся введенная в состав бетонной смеси вода, а только часть ее. Остальная вода присутствует в бетонной смеси в ви де мелких капелек, распыленных в цементном тесте. При превращении теста в камень эта часть воды испаряется, место ее заполняется воз духом, образующим в камне поры. Таким образом, с увеличением водо-цементного отношения пористость цементного камня, а следо вательно, и бетона увеличивается, а прочность его падает. При сни жении водо-цементного отношения до 0,3 и меньше количество воды для реакций цемента становится недостаточным; благодаря этому не весь цемент прореагирует и прочность образовавшегося камня сни зится.

Между прочностью бетона, марочностью цемента и величиной водо-цементного отношения существует определенная зависимость, кото рая математически выражается формулой Боломея - Скрамтаева.

Прочность бетона и другие технические свойства его, даже при оптимальном водо-цементном или цементно-водном отношении, не всегда постоянны и могут колебаться в довольно широких пределах в за висимости от степени уплотнения бетонной смеси во время формования изделий. Для обычно принятого уплотнения бетонных смесей вибриро ванием прочность бетона составляет примерно около 50% от марки цемента, а при уплотнении той же бетонной смеси гидропрессованием она становится значительно выше и приближается к марке цемента. Это объясняется тем, что гидропрессование дает возможность полу чить более плотную структуру.