Эластичный бетон: характеристики и виды

Строительные материалы

Вариации на тему бетона – ученые совершенствуют привычную ЦПС

У бетона хоть и не столь долгая история, как у кирпича и древесины, но без него сегодня не обходится ни одна стройка – фундамент, перекрытия, дорожки и многое другое. И если для большинства из нас бетон – это смесь цемента, песка, щебня и воды в определенных пропорциях, то для ученых – плацдарм для опытов. Что интересно, результаты многих опытов реально применять на практике, а не только в лабораториях. В нашей подборке собраны как раз такие, усовершенствованные бетоны с необычными характеристиками.

Гибкий бетон

В сингапурском научно-исследовательском центре при Наньянском технологическом университете группа ученых во главе с профессором Чу Цзянем разработала принципиально новый вид бетона – гибкий (ConFlexPave).

Обычный бетон отличается повышенной прочностью, особенно когда речь о ЖБИ, усиленных арматурой. Однако от хрупкости его не избавляет даже армирование, и изгиб вызывает растрескивание и постепенное разрушение. Кроме того, железобетон тяжелый, что создает определенные сложности в процессе укладки плит.

К стандартному песку, щебню и цементу добавлены полимерные микроволокна – эти тончайшие синтетические нити равномерно распределяют нагрузку и позволяют изготавливать тонкие и облегченные дорожные плиты. При этом по прочности полученный бетон можно сравнить с металлом. Будучи гибким, он практически не подвержен истиранию. Это особенно актуально на трассах или пешеходных дорожках в зонах повышенной проходимости. Гибкие плиты прошли испытания на стенде, в ходе которых была доказана повышенная гибкость материала и его устойчивость к прямому физическому воздействию.

Немаловажно, что использование гибкого бетона значительно упростит жизнь дорожным службам – сократится трудоемкость процесса укладки, частичная замена полотна не будет требовать остановки движения. Тест-драйв новинка проходит прямо на территории университетского комплекса – там громадная пешеходная нагрузка, да и дорожный трафик впечатляющий. В дальнейшем ученые планируют подбирать состав плит, исходя из конкретных условий эксплуатации, еще на этапе производства добиваясь оптимальных характеристик.

Бетон с подсветкой

А мексиканца доктора Хосе Карлоса Рубио, из университета Мичоакана, больше заинтересовали свойства цемента, как важнейшего компонента бетона. Он разработал принципиально новое вяжущее, со сроком службы около века, да еще со светоизлучающей способностью. За десятилетие исследований он сумел изменить микроструктуру цемента, введя в него флуоресцентные добавки. На таком цементе получается не только более однородный раствор, без характерных «хлопьев». Эти кристаллические структуры, образующиеся на поверхности, ухудшают характеристики бетона и способствуют ускоренному разрушению верхнего слоя. Чтобы предотвратить кристаллизацию, Рубио и ввел в цемент добавку, а заодно получил бонусную декоративную подсветку.

В отличие от пластика, из которого изготавливается большая часть флуоресцентных материалов, со сроком службы в несколько лет, бетонная подсветка устойчива к УФ лучам и прослужит век.

Новый цемент может применяться как самостоятельно, так и в смесях с другими материалами, для строительства различных объектов и дорожных покрытий. В плане экологичности светящийся цемент выигрывает у обычного – в его составе, в основном, мел и глина, а «отдача» при его производстве – в виде водяного пара. Цветовая гамма материала на данный момент представлена синим и зеленым цветом, а яркость подсветки можно регулировать, чтобы дорожки не слепили пешеходов и велосипедистов. В планах исследователя – попробовать соединить светящиеся частицы с другими строительными основами и получить новые стройматериалы, с эффектом подсветки.

Бетон из отходов

Утилизация осадков после очистки стоков давно превратилась в глобальную проблему для многих стран, которую усугубляют строгие экологические нормативы. Самый дешевый вариант – захоронение отходов – нелегален, так как в осадке большое количество химических веществ, способных ухудшить показатели почв. Очистным предприятиям Малайзии решить проблему помогли ученые, решившие, что пропадать такому количеству полезных веществ, в которых остро нуждаются другие отрасли, глупо.

Процесс получения заготовок простейший: осадок формуют в виде лепешек, которые просушивают и, для окончательного удаления жидкости, обжигают. Сухие заготовки тщательно измельчают и просеивают, получая однородный порошок, который в дальнейшем добавляют в бетонную смесь. Пропорции варьируются, исходя из желаемой марки бетона – максимальная доля порошка в цементе составляет 15 %, реально получить как бетон средней прочности, так и высоких классов. Ученые считают, что замена части цемента порошком из сточных осадков (DSWP – domestic waste sludge powder) повышает прочность бетона и снижает его проницаемость и засоленность. Разработка признана перспективной, так как с учетом потребностей строительной отрасли в цементе, даже незначительная доля стороннего вещества, да еще продукта переработки отходов, и экономически, и экологически выгодна.

Блоки из костробетона

Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.

Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. Что касается технических характеристик, блоки получаются прочными, с высоким коэффициентом шумопоглощения и низким коэффициентом теплопроводности, да еще и с антисептическими свойствами (устойчивы к плесени и гнили).

Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.

За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.

Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома. Учитывая, что уже упомянутый арболит с успехом используется в частном домостроении, вряд ли блоки на базе костры потерпят фиаско. В любом случае, чем больше будет экологически чистых материалов, тем лучше для всех нас.

Эластичный бетон: характеристики и виды
www.forumhouse.ru

Разновидности бетонов и их классификация

По свидетельству археологов и экспертов по строительству, бетон как строительный материал начали применять ещё в древней Месопотамии, около 4 000 лет назад. А широкомасштабным применение бетона в строительстве стало в древнем Риме, при возведении доступного жилья и культовых сооружений. Так, купол знаменитого Пантеона вообще создавался без использования арматуры и до сих пор является уникальным в своём роде сооружением.

Но, как это часто бывало в истории человеческой цивилизации, это техническое достижение было утеряно в века варварства, и заново воссоздано лишь спустя более чем полтора тысячелетия – в 1824 году англичанин Дж. Аспдин получает патент на портландцемент.

Бетон – что это?

Являясь искусственным строительным камнем, на начальной стадии своего изготовления бетон представляет собой полужидкую смесь воды, вяжущего вещества и наполнителя. Это его основные компоненты. Для получения тех или иных свойств в бетонную смесь вводятся различные добавки, благодаря чему стала возможной его классификация. В качестве добавок могут выступить пластификаторы, ускорители застывания, вещества, повышающие прочность, водонепроницаемость, стойкость к морозам или к воздействию высоких температур, способность защищать от ионизирующих излучений и т. д.

Вяжущим веществом почти всегда выступает цемент, а в наполнители идут песок, щебёнка, гравий и другие твёрдые сыпучие материалы. Сталь, имеющая практически такой же коэффициент расширения при воздействии на неё жары или холода, как бетон, вводится в него в виде армирующих элементов, в итоге чего получается железобетон. А если в бетонную смесь добавляются стальные и железные опилки и стружка, получается тяжёлый и сверхпрочный бетон. Пример применения изделий из такой смеси – саркофаг над 4-м энергоблоком Чернобыльской АЭС.

Классификация бетона

  • по назначению,
  • по типу вяжущего,
  • по виду заполнителей,
  • по структуре,
  • по условиям твердения.

По назначению

Разделяется на обычные бетоны, идущие на возведение зданий при жилищном строительстве и при создании промышленных объектов, и специальные: гидротехнические (молы, пирсы, плотины, причалы, волнорезы и т. д.), декоративные, теплоизоляционные, дорожные. Кроме того, к специальным относят жаро- и химически стойкие, антирадиационные, звукопоглощающие и другие.

По типу вяжущего

В качестве связывающего вещества в бетонах могут быть использованы:

  • цемент, (портландцемент), пуццоланы, шлакопортландцемент;
  • силикаты, где вяжущими выступают известь и молотый кремнезём;
  • гипс, применение которого позволяет получить бетонный состав для потолков, перегородок, декоративной отделки и для выравнивания стен;
  • полимеры в виде стиролов и полимерных коллоидов;
  • асфальт, получаемый при смеси битума и заполнителей;
  • шлакощелочное связывающее – из размолотых шлаков с щелочными растворами вместо чистой воды.

По типу заполнителей

Заполнителями в бетоне бывают искусственные и природные материалы с определённым размером частиц. Цель их использования – взять на себя часть возникающих при неизбежной усадке при схватывании раствора напряжений и, таким образом, в разы уменьшить усадку. В зависимости от планируемых свойств бетона количество заполнителей в нём может доходить до 80%.

Существует нижний и верхний пределы размерности входящих в наполнитель частиц. Например, мелкий речной песок с песчинками размером меньше, чем 1,2 мм, для приготовления бетона не годится, так как даже при самом интенсивном перемешивании невозможно добиться его равномерного распределения в массе бетонной смеси. А следствием этого будет невозможность получения единого монолита.

Верхним размерным пределом для песка является размер песчинок не более 3,6 мм.

Важным условием является также чистота наполнителя: песок не должен содержать глинистой или иловой фракции более чем 5%.

Размерность щебня или гравия должна выдерживаться в пределах от 1 до 80 см. Применяют как заполнители и строительные отходы, как это часто имеет место при заливке неответственных конструкций, где вместо строительного щебня часто используют битый кирпич.

Прочность и удельный вес бетонных смесей зависят также и от типа заполнителей. Так, добавление стальных опилок и стружек даёт на выходе тяжёлый и сверхпрочный бетон, масса которого более 2 550 кг/м 3 . А если в смесь вводят аглопорит, керамзит или вермикулит, то получают сверхлёгкие бетоны с объёмным весом не более 500 кг/м 3 .

По структуре

Плотность, прочность и удельный вес напрямую связаны со структурой бетона. При введении разных наполнителей и при использовании разных связующих получают бетоны:

  • Особо тяжёлые, с плотностью, превышающей 2 550 кг/м 3 . Идёт на сооружение фундаментов под многоэтажные здания, в конструкции с функциями антирадиационной защиты, в основания плотин ГЭС, при строительстве взлётно-посадочных полос и др. сооружений с высокой динамической нагрузкой.
  • Тяжёлые, с плотностью от 2 200 до 2 550 кг/м 3 . Для тех же целей, но с несколько меньшими динамическими нагрузками.
  • Облегчённые. Имеют плотность от 1 800 до 2 200 кг/м 3 . Панели, опоры, межэтажные перекрытия при возведении многоэтажных жилых корпусов.
  • Лёгкие, с плотностью 500- 1 800 кг/м 3 . Перегородки внутри зданий, декоративные элементы, материал для звуко- и гидроизолирующих стяжек.
  • Особо лёгкие. С плотностью ниже 500 кг/м 3 . Теплоизоляция, декоративные элементы интерьеров, не несущие нагрузок.

По условиям отвердевания

Бетоны по условиям затвердевания подразделяются на твердеющие в естественных условиях и автоклавные.

Автоклавные бетоны набирают прочность в искусственно созданных условиях тепловлажностной обработки при атмосферном или повышенном давлении.

Типы бетона по количеству наполнителей и вяжущим веществам

  1. Товарный. Производится в строгом соответствии с требованиями ГОСТ.
  2. «Жирная» смесь. Превалирование в бетоне вяжущих (например, цемента) над наполнителями.
  3. «Тощий». Количество вяжущих снижено по сравнению с ГОСТом.

Виды добавок

К добавкам в разные виды бетонных смесей относят пластификаторы, ускорители и замедлители отвердения, составы для увеличения жаро- и морозостойкости, суперпластифицирующие смеси для отливок с преднапряжённым армированием, и наборы веществ для конструкционного железобетона.

Номенклатура таких добавок включает в себя за сотню составов. Даже если у крупных строительных объединений нет своей научно-производственной базы для создания и испытания новых составов, к их услугам всегда специализированные лаборатории, где можно заказать разработку состава применительно к конкретному виду строительства. То есть с заданными свойствами.

Для морозостойких бетонов добавляются комплексные пластификаторы, сульфаты (в результате химических реакций с бетоном выделяют тепло), антифризы (обеспечивают процессы гидратации с цементом).

Водонепроницаемость обеспечивается введением в смесь парафинов, октадекановой или нафтеновой кислот, которые заполняют поры и не дают влаге проникнуть сквозь массу готового бетона. Особенно актуален бетон с такими добавками в стяжках, обеспечивающих одновременно с укреплением и выравниванием пола и межэтажную гидроизоляцию.

Для прочности добавляют хлористый кальций, мыльные растворы, фиброволокна.

Есть добавки, увеличивающие время схватывания. Их применяют, если нужно доставить готовую бетонную смесь на большое расстояние в тёплое время года, когда схватываемость раствора повышенная.

А если отливка представляет собой плоскую панель, в которую практически невозможно заложить армирующую сетку и применить для уплотнения смеси вибратор, то в бетон для таких отливок добавляется самоуплотняющаяся добавка, которая работает, обволакивая введённые в смесь наполнители, не оставляя места для газовых пузырьков. Особенно актуально введение таких добавок в заливку стяжки на пол для его выравнивания и гидроизоляции.

Маркировка

Чтобы отличать один бетон от другого, знать его состав и свойства, государственными стандартами предусматривается его маркировка. В частности, ГОСТовские нормативы говорят, что для создания бетонных смесей должна применяться только пресная чистая вода, а содержание в ингредиентах посторонних частиц и примесей не должно превышать прописанных в нормативах пределов.

Буквенно-цифровые обозначения и их расшифровка

В соответствие с ГОСТ 7473-2010 полный маркировочный ряд предусматривает применение буквенно-цифровой индексации, которая может выглядеть так:

Пример: БСМ В25 П1 F200 W4

Расшифровка буквенно-цифрового индекса:

  • БСМ – смесь мелкозернистого бетона.
  • В – класс бетона. В современной системе стандартизации понятия «класс» и «марка» являются практически идентичными. Однако «класс» предполагает точный уровень состава бетона, а «марка» — усреднённый. Класс показывает прочность на сжатие и расширение, обозначается числами от 3,5 до 80.
  • П – группа по удобоукладываемости. Группы могут быть «Ж» — жёсткие, «П» — подвижные, «Р» — растекающиеся.
  • F – морозостойкость. Цифра после буквы обозначает количество циклов «заморозка-оттаивание», которые может выдержать готовый бетон за весь срок своей эксплуатации.
  • W- водонепроницаемость. Может выражаться в виде цифр от 2 до 20, означающих степень способности бетонной конструкции быть защитой от воды. Основной показатель при возведении гидротехнических объектов.

Дополнительная информация:
У бетонных смесей, изготовленных под конкретный строительный объект, могут быть дополнительные характеристики, которые могут и не отражаться в маркировке при реализации таких бетонных растворов (прочность готового изделия на изгиб, на истирание и др.) Однако они обязательно указываются в паспорте бетонной смеси, когда она поступает к заказчику.

С повышением марки бетона снижается расход входящих в него наполнителей. На практике это означает, что использование цемента марки 400 у различных марок бетона могут меняться пропорции связующего и наполнителей, и получаемый раствор не обязательно будет марки 400.

Эластичный бетон: характеристики и виды
betonpro100.ru

Оцените статью