Высокопрочный бетон

 

Под прочным бетоном понимается затвердевший бетон. Он должен соот­ветствовать заранее установленным требованиям для данной конструкции.

 

Свойства высокопрочного бетона

 

Бетон имеет задачу нести нагрузку. Поэтому требуется соответствующая нагрузке прочность на сжатие. Если бетон при изгибе работает на растя­жение, он получает трещины или разрушается. Изменение формы под нагрузкой называют ползучестью, изменение формы на основе уменьшения объема бетона во время процесса гидратации называют усадкой. Чтобы улучшить сопротивление трещинообразованию из-за измене­ния формы бетона, можно применять волокнистый бетон.

Здесь речь идет о бетоне, у кото­рого кроме заполнителя подмешива­ются волокна различных материалов. В качестве таких материалов применяют стальные волокна, волокна из стекловолокна, синтетические волокна или углеродистые волокна. Эти волокна не могут заменить арматуры, однако они снижают трещинообразование и повышают прочность бетона на растяжение.

Структура бетона должна быть такой плотной, чтобы была обеспечена защи­та от коррозии. При применении бетона для наружных деталей требуется морозостойкость бетона. При хорошем уплотнении содержание пор в теле бе­тона достаточно мало, однако водонепроницаемость целенаправленно может быть обеспечена только, например, за счет применения добавок и приса­док, а также за счет выбора заполнителя соответствующего гранулометрического состава.

Из-за своей высокой плотности бетон имеет плохую теплоизолирующую спо­собность, однако это же свойство придает ему высокую звукоизолирующую спо­собность от воздушного шума. Однако его жесткая структура является причиной недостаточной звукоизоляции бетонных конструкций от корпусного шума и удар­ного шума по междуэтажным перекрытиям в жилищном строительстве.

Прочность на сжатие является важнейшим свойством бетона. Она за­висит от прочности цемента, водоцементного отношения и гранулометрическо­го состава заполнителя. Бетон с грубозернистым заполнителем имеет меньшую поверхность соприкосновения зерен, и в нем возникает больше пустот (поры на­сыпи), чем в бетоне с разно размерным заполнителем. Эти поры должны запол­няться цементным клеем. Поэтому следует стремиться к гранулометрическому составу заполнителя согласно регулярной ситовой линии области 3, так как тогда при наибольшем возможном количестве точек соприкосновения зерен заполни­теля получается мало воздушных пор.

Твердение начинается через 12 часов после смешивания бетона. Через 3 дня он имеет, например, при применении цемента СЕМ 32,5 R и наружной температуре +20 °С от 50 до 60% своей прочности. После 7 дней его прочность составляет от 65 до 80%, и через 28 дней бетон достигает своей минимальной прочности на сжатие. Дальнейшее нарастание прочности возможно. Она, однако, не учитывается при расчете бетонных конструкций на допустимые нагрузки.

 

Бетоны с особыми свойствами

 

Если к конструкциям предъявляются особые требования, как, например, во­донепроницаемость или сопротивление воздействию химических материалов или сильным механическим воздействиям, применяют бетон классов экспозиции XD, XF, ХА или ХМ (рис. «Применение бетона с особыми свойствами»).

Водонепроницаемый бетон (WU-бетон) для конструкций толщиной около 10 см до 40 см должен быть таким плотным, чтобы глубина проникновения воды в него не превышала 0,6, а при более толстых конструкциях — 0,7 толщины. Бетон с высокой морозостойкостью применяется, если он во влажном состоянии подвергается резким колебаниям замораживания и оттаива­ния. Если конструкции подвергаются воздействию еще и солей для оттаивания, то применяют бетон с высокой морозостойкостью и сопротивление действию оттаивающих солей. В обо­их случаях водонепроницаемость бе­тона необходима. Заполнитель должен обладать высокой морозостойкостью (eF). Водоцементное отношение не должно превышать граничных значе­ний, установленных нормами. Иног­да требуется ограниченное примене­ние парообразуюших добавок. Для бе­тона, подверженного агрессивному воздействию мороза и солей оттаива­ния, как, например, дорожное полот­но и перекрытия парковок, следует применять виды цемента СЕМ I, СЕМ II класса прочности 32,5 N или СЕМ III класса прочности 42,5 N.

Бетон с высокой сопротивляемостью химической агрессии устанавливается по плотности и по отношению w/z бе­тона. При сильных воздействиях SО₄ на конструкции, например, за счет ды­мовых газов, загрязненных вредными веществами почвы и промышленных сточных вод, требуется применение цемента с высоким сопротивлением воздействию сульфатов. Высокотемпературный бетон до 250 °С приготавливается с использованием заполнителя, имею­щего по возможности малый коэффи­циент температурного расширения, например, известняка. За бетоном сле­дует в два раза дольше осуществлять последующий уход, чем это требуется при самых невыгодных условиях. Пе­ред первым нагреванием бетон должен просохнуть. Для предотвращения трещин пер­вое нагревание должно происходить медленно. Бетон с высокой сопротивляемостью истиранию должен выдерживать особо высокие механические воздействия, например, от сильного транспортного движения, падающего насыпного ма­териала, от быстро текущей и содер­жащей твердые вещества воды, а так­же от частых ударов при перемеще­нии тяжелых предметов (рис. «Полы на складах из износостойкого бетона»).

Зерна заполнителя диаметром до 4 мм должны быть преимущественно из кварца или из материалов по мень­шей мере такой же твердости. Для бо­лее грубых зерен следует применять каменную породу или искусственно приготовленные материалы с высо­ким сопротивлением истиранию (из­носостойкостью). При особо высоких нагрузках подходят такие твердые материалы, как металлические шлаки или ме­таллическая стружка. Для любого заполнителя требованием является наличие равномерно шероховатой поверхности и жатой формы зерен. Каменный запол­нитель должен быть по возможности грубозернистым и по ситовой линии лежать вблизи ситовой линии А или при гранулометрическом составе с выбросами — вблизи ситовых линий В или U. Уход за бетоном после укладки должен произво­диться в два раза дольше обычного.

 

Классификация набравшего прочность бетона

 

Наряду с классификацией бетона по плотности и консистенции бетон подразде­ляется по прочности на сжатие (на классы прочности на сжатие) и по условиям окружающей среды (классы экспозиции).

 

Классы бетона по прочности на сжатие

 

Требуемая минимальная прочность на сжатие зависит от требований к бетону и к конструкциям из него. В DIN EN 206 бетон обозначается сокращенно С (Concrete) и бетоны подразделяются на классы прочности (табл. «Классы прочности на сжатие для нормально и тяжелого бетона по DIN EN 206»). Присвоение бетону того или иного класса прочности производится по резуль­татам испытаний прочности затвердевших образцов после выдержки в течение 28 дней. По DIN 1045 прочность на сжатие проверяется на образцах в виде кубиков с длиной стороны 150 мм, если другое не оговаривается. Соглас­но DIN EN 206 допустимыми являются также цилиндрические образцы диамет­ром 150 мм и высотой 300 мм.

 

 

Полученная прочность считается характеристической прочностью образца и при цилиндрических образцах обозначается f_{ck, cyl}, а при кубических — f_{ck, cube}.

Это та прочность, которая согласно ожиданиям, будет только на 5% ниже всех возможных измеренных значений.

 

Классы экспозиции

 

Бетонные конструкции подвержены внешним воздействиям. Они могут приве­сти к повреждениям конструкций. Если, например, бетонная конструкция под­вержена постоянному воздействию влажности и мороза, то плотная структура бетона разрушается и арматура больше не будет защищена от коррозии. Также и химические вещества, например, соль оттаивания или морская вода, могут выз­вать повреждение конструкции.

 

 

При определении состава бетона поэтому необходимо учитывать влияния, которым впоследствии будет подвергаться строительная конструкция. Различ­ные условия окружающей среды подразделяются по виду вредных влияний на 7 классов. Их называют классами экспозиции, сокращенно X (табл. «Классы экспозиции и граничные значения для состава и свойств бетона по DIN 1045»).

1. Нет риска коррозии и агрессивных воздействий (ХО = без агрессивных воз­действий).
2. Коррозия арматуры, инициированная карбонизацией (ХС = карбониза­ция).
3. Коррозия арматуры, обусловленная хлоридами, за исключением морской воды (XD = Deicing Salt — солевой антиобледенитель дорожных покрытий).
4. Коррозия арматуры, обусловленная хлоридами морской воды (XS = Seawater — морская вода).
5. Удар мороза без оттаивающих средств (XF = Freesing — замораживание). Химическая агрессия против бетона, например, от природных грунтов или сточных вод (ХА = химическая кислота).
6. Агрессия против бетона истирающих нагрузок (ХМ = механическое ис­тирание).
7. Однако бетонная конструкция может подвергаться многим влияниям. Это может быть выражено с помощью комбинации классов экспозиции.

 

Для того чтобы бетон для конструкции достиг желаемых свойств, DIN 1045 устанавливает граничные значения для минимального содержания цемента и наи­большего допустимого значения w/z для применяемых классов по прочности на сжатие (см. табл. «Классы экспозиции и граничные значения для состава и свойств бетона по DIN 1045»).