Размещено на http://allbest.ru

Введение

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате расширения рационально подобранной, тщательно перемешанной и уплотненной смеси минерального вяжущего вещества, воды, заполнителей и в необходимых случаях специальных добавок. Смесь указанных компонентов до начала ее затвердевания называют бетонной смесью.

Вяжущее вещество и вода - активные составляющие бетона, которые в смеси обволакивают тонким слоем зерна заполнителя. Со временем вяжущее вещество затвердевает и связывает их, превращая бетонную смесь в прочный монолитный камень - бетон.

Заполнители (песок, щебень или гравий) занимают до 80 - 85 % объема бетона и образуют его жесткий скелет препятствующий усадке. Применяя заполнители с различными свойствами, можно получать бетоны с разнообразными физико-механическими показателями, например, легкие, жароупорные и пр.

Цементобетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, гидрофобизаторы, и т. д.). Цемент и вода являются главными связующими компонентами при производстве бетона. Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Если же применяется цемент марки 500, то при этом условном соотношении получается бетон марки 350. Соотношение воды и цемента («водоцементное соотношение», «водоцементный модуль»; обозначается «В/Ц») -- важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,2, однако у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц = 0,3--0,5.

Распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает его прочность, потому очень важно точно соблюсти водоцементное соотношение, которое рассчитывается по таблицам в зависимости от используемой марки цемента.

С течением времени использование его в строительстве почти прекратилось, и только с XIX столетия после изобретения новых гидравлических вяжущих, в первую очередь портландцемента, бетон снова стали широко применять для строительства различных инженерных сооружений. Начиная с 60-х годов XIX в после усовершенствования технологии и повышения марочной прочности цемента, он становится основным вяжущим для бетона и железобетона. Русские ученые уже с конца XIX в. уделяли большое внимание созданию плотного бетона и правильному расчету его состава. Крупный вклад в науку о бетоне внесли военные инженеры, были изложены результаты исследований зависимости прочности бетона от содержания воды, уплотнения бетонной смеси, крупности песка и щебня или гравия. Заслугой советских ученых является создание способов производства зимних бетонных работ и широкое внедрение их в практику.

Крупные успехи имеются также в создании легкого, кислотоупорного и жароупорного бетонов. Технология легких бетонов, разработанная Н. А. Поповым, в настоящее время получила широкое развитие.

Все более широко применяют пенобетон и газобетон, обладающие малыми объемной массой и теплопроводностью. Получать бетонную смесь и бетон высокого качества можно только при глубоком знании технологии, умении выбирать материалы необходимого качества и устанавливать их оптимальное соотношение, изыскивать режимы приготовления бетонной смеси, методы ее укладки, уплотнения и условий твердения, обеспечивающие получение бетонных конструкций высоких прочности и долговечности. Бетон один из важнейших строительных материалов, применяемый во всех областях современного строительства.

Разнообразием свойств бетона, получаемых путем использования соответствующего качества вяжущих и каменных материалов и применения специальных методов механической и физико-химической обработки легкостью механической обработки бетонной смеси, обладающей пластичностью и позволяющей без значительных затрат труда изготовлять самые разнообразные по форме и размерам долговечные строительные конструкции возможностью полной механизации бетонных работ экономичностью бетона 80 90 его объема составляют заполнители из местных каменных материалов.

1. Бетоны

1.1 Классификация бетонов

В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов.

Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010 (ранее 7473-94) классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:

- По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные - гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

- По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

- По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

- По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

- По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-2012 используется следующая классификация.

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

- особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/мі) - его приготовляют на тяжелых заполнителях - стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон);

- тяжёлый (плотность 2200-2500 кг/мі) на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз и др.);

- облегченные (плотность 1800-2200 кг/мі) - получают на щебне из горных пород с плотностью 1600 ... 1900 кг/м³ или без песка (крупнопористый бетон);

- легкий (плотность 500-1800 кг/мі) - изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф и др.);

- особо лёгкий (плотность менее 500 кг/мі) относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием смеси вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. В ячеистых бетонах заполнителем по существу является воздух, находящийся в искусственно созданных ячейках.

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

- тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);

- жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя);

- товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

1.2 Тяжелые (обычные) цементные бетоны на плотных заполнителях

Тяжелый бетон - бетонная смесь, приготовленная из цемента, воды, а так же крупных и мелких заполнителей. Тяжёлым считается бетон с удельной массой одного кубического метра 1800 - 2500 кг. Крупными заполнителями тяжёлого бетона являются такие горные породы как: гранит, известняк, диабаз, гравий. При использовании в качестве заполнителя только песка мелкой и крупной фракции, смесь называется - пескобетон или мелокзернистый бетон.

По удельному весу пескобетон так же можно отнести в группу тяжёлых бетонов. Существуют ещё особо тяжёлый бетон. Масса отдельных видов достигает 7000 кг/куб.м. Но их применяют в основном для создания специальных сооружений таких как: атомные электростанции, ядерные реакторы, и другие подобные объекты. В качестве вяжущего так же применяется цемент, а в роли крупных заполнителей - барит, магнетит, гематит, металлический скрап. Особо тяжёлые бетоны отличаются повышенной плотностью.

Тяжёлый бетон - наиболее часто используемый и самый прочный из распространённых видов бетона. Все виды монолитных несущих конструкций - это область применения тяжёлого бетона. Великолепные прочностные характеристики, удобство подачи и укладки, в совокупности с доступной ценой, делают тяжёлый бетон самым используемым и практичным строительным материалом на сегодняшний день. Лишь в двух областях тяжёлый бетон уступает пальму первенства своему легкому собрату. При устройстве ограждающих конструкций (стен) и легких перекрытий - наиболее эффективно применять легкий бетон. И всё равно, даже в подобных облегчённых сооружениях используются силовые и несущие элементы из тяжёлого бетона.

Большинство железобетонных изделий: ЖБИ, ЖБК, сваи, бетонные блоки, фундаментные блоки ФБС, плиты перекрытия, плиты дорожные, плиты ПАГ и ПДП, производятся из тяжёлых конструкционных бетонов и арматуры. Бетон тяжёлый выпускается всех марок от м100 до м1000. Наиболее распространённые марки м200; м300; м350.

1.3 Разновидности и свойства бетонных смесей

Бетонная смесь состоит из вяжущего, заполнителей и воды, отдозированных в необходимом количестве и тщательно перемешанных.

В некоторых случаях в состав бетонной смеси вводят специальные добавки (пластифицирующие, воздухововлекающие, ускоряющие твердение и другие). В результате формования с уплотнением и последующего твердения бетонной смеси получается искусственный каменный материал, называемый бетоном.

К основным свойствам бетонной смеси, которые определяют ее качество в технологии изготовления изделий, относятся удобоукладываемость, однородность, связность и водоудерживающая способность.

Удобоукладываемость характеризует способность смеси заполнять форму бетонируемого изделия и уплотняться в ней под действием силы тяжести или в результате внешних механических воздействий. Для различных методов формования и интенсивности уплотнения смеси это ее свойство должно соответствовать определенной величине.

Однородность бетонной смеси достигается путем выбора рационального соотношения ее компонентов и обеспечения оптимального режима перемешивания. Смесь признается однородной, если любая ее проба, взятая в достаточно большом объеме (не менее чем в 5 раз превосходящем максимальный размер крупного заполнителя), имеет один и тот же постоянный состав.

Связность бетонной смеси характеризует способность ее формоваться, приобретая заданную форму без разрывов и расслоения. Связность смеси обеспечивается правильным выбором содержания вяжущего и мелкого заполнителя, оптимальным соотношением фракций крупного заполнителя, а также надлежащим перемешиванием смеси.

Однородность и связность бетонной смеси должны сохраняться при ее транспортировании, перегрузках, укладке и уплотнении в бетонируемом изделии.

Водоудерживающая способность указывает на свойство бетонной смеси удерживать содержащуюся в ней воду без ее выделения на поверхность изделия и на границе между цементным тестом и крупным заполнителем. Необходимая водоудерживающая способность достигается ограничением количества воды в смеси, а для очень подвижных смесей - введением тонкодисперсных составляющих (мелких фракций заполнителя и тонкомолотых добавок) и поверхностно-активных веществ.

Основными факторами, влияющими на свойства бетонной смеси, являются водосодержание, вид и содержание цемента, содержание и качество заполнителей, наличие поверхностно-активных веществ, а также предварительное выдерживание и виброактивация смеси.

Сухие смеси для производства бетонных работ подразделяют на несколько групп. Сухие бетонные смеси представляют собой смесь крупного заполнителя с фракциями до 20 мм, песка, вяжущего и добавок. На упаковке таких смесей, в частности в зависимости от максимальной крупности заполнителя, даны показания по оптимальной области применения - каркас здания, заделка стыков, устройство полов и т.д.

Мелкозернистый бетон наиболее удобен для монтажных, ремонтных работ, устройства стяжек, работ при отрицательных температурах.

Морозостойкие бетонные смеси разработаны специально для производства работ в зимнее время. Такие смеси имеют в составе специальные добавки, позволяющие свежеуложенному бетону продолжать набирать прочность при понижении температуры до минус 15⁰ С.

Смеси для замоноличивания применимы для заделки фундаментов, стыков элементов, в том числе колонн в фундаментах, в основном тогда, когда необходимы высокая прочность, хорошие реологические характеристики смесей и быстрый набор прочности.

1.4 Свойства тяжелого (обычного) бетона

Основные свойства тяжелого бетона - это прочность, морозостойкость, и теплофизические свойства, которые во многом зависят от его пористости.

Прочность при сжатии является основным показателем механических свойств бетона. Она определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из данной бетонной смеси и выдержанных до испытания в течение 28 суток в нормальных условиях (при 1=15-20⁰ С и относительной влажности воздуха не менее 90%). По пределу прочности при сжатии для тяжелых бетонов установлены следующие марки: М200, М250, МЗОО, М350, М400, М450, М500, М600, М700, М800.

Для нашего климата это главный фактор, который определяет долговечность конструкции. Морозостойкость проверяют путем переменного замораживания и оттаивания. По стандарту заморозку производят до - 50⁰ С. Конструкция, которая выдерживает не больше 5% уровня сжатия, является допустимой в использовании. Маркировка морозостойкости может колебаться от 50 до 300. Зависит от количества пористости и наполнителей. Коррозийная стойкость у бетона более чем достаточная. Про теплопроводность тяжелого бетона можно сказать, что она довольно-таки велика. Обычно составляет Я = 1,3 ккал/м-ч-град.

Теплопроводность - наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м. ⁰С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя.

Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м. С⁰).

1.4.1 Прочность бетона

При бетонировании ряда конструкций, например, бетонных дорожных покрытий, важно знать прочность бетона при изгибе. Для этого испытывают образцы-балки. Для обычных железобетонных конструкций широко применяют бетон марок М200 и М250, а для предварительно-напряженных железобетонных конструкций - МЗОО-М5ОО. Бетон марок М100 и М150 используют для оснований, фундаментов и других массивных монолитных конструкции.

Основные факторы, влияющие на прочность бетона - активность цемента и соотношение массы воды и цемента в составе бетонной смеси (водоцементное отношение В/Ц или обратное ему цементоводное отношение - Ц/В).

На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста.

Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 суток прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 суткам замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 суток, 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

1.4.2 Плотность и пористость бетона

Обычный тяжелый бетон не является плотным материалом.

Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при тщательном подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребность смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозо- и коррозиестойкость и др.

1.4.3 Водонепроницаемость бетона

Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа. Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

1.4.4 Морозостойкость бетона

Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50. Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе и высококачественном гранитном щебне.

1.4.5 Огнестойкость и жаростойкость

Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 200⁰ С снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 500⁰ С бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200⁰ С, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Жаростойкий бетон, - бетон, способный сохранять в заданных пределах физико-механические свойства при длительном воздействии на него высоких температур. Вяжущими для жаростойкого бетона служат: портландцемент, шлакопортландцемент, высокоглинозёмистый, глинозёмистый или периклазовый цементы, жидкое стекло, фосфатные связки и другие вяжущие во многих случаях вводятся тонкомолотые добавки. В качестве заполнителей используют дроблёные огнеупорные или тугоплавкие горные породы, бой обожжённых огнеупорных изделий и некоторые другие материалы.

По степени огнеупорности жаростойкие бетоны подразделяются на высокоогнеупорные (огнеупорность выше 1770⁰С), огнеупорные (1580-1770⁰С), жароупорные (ниже 1580⁰С).

Жаростойкий бетон применяют для сооружения тепловых агрегатов, фундаментов промышленных печей и других конструкций, подверженных длительному нагреванию. Таким образом, жаростойкость это важное свойство бетона.

1.4.6 Упругопластические свойства бетона

Бетон не обладает совершенной упругостью, и при приложении к нему внешней нагрузки за некоторое время ее действия полная деформация бетона складывается из упругой и остаточной деформации.

Физическая природа остаточной деформации бетона определяется его способностью к ползучести.

В отличие от ряда других материалов, например, стали, деформации бетона под нагрузкой не остаются постоянными, а продолжают увеличиваться во времени. Процесс развития деформаций во времени под действием постоянной статической нагрузки называется ползучестью. Рост остаточных деформаций бетона под действием постоянной нагрузки продолжается весьма длительное время -- вначале интенсивно, затем постепенно замедляется, следуя асимптотическому закону.

1.4.7 Тепловыделение бетона

Взаимная деятельность воды с минералами клинкерной обработки обуславливает последующее источение тепла, благодаря которому во время застывания растворапроисходит его нагрев. На повышение температуры строительного раствора влияет вид используемого цемента, а также его расходование на 1 м³ бетона. При определенных условиях твердеющий бетон способен нагреться до 50 градусов, что приводит к его расширению, останавливающему усадку конструкции.

Рост температуры внутри строительного материала крупных бетонных сооружений приводит к расширяющим тепловым напряжениям, уровень которых может быть выше прочности бетона при растяжке. Вследствие этого бетонные конструкции трескаются и теряют свою долговечность.

Тепловое напряжение является результатом неравномерного нагревания бетонного материала. При этом поверхностные слои слишком быстро остывают, тогда как внутренние уровни бетонных блоков еще долго остаются горячими. Чтобы уровнять температуру по всей площади крупного бетонного строения, понадобится не один месяц. Объем тепла, выделяемый во время уплотнения бетонной смеси, обуславливается размерами кристаллов измельченного цемента, его расходом на 1 м³ бетонного строения, а также другими факторами.

Максимальным тепловыделением во время застывания обладают глиноземистые цементно-бетонные растворы. Меньше всего выделяется тепла у бетонов, содержащих шлакопортландцемент со значительным количеством шлака внутри. Добавление в бетонную смесь тонко измельченных материалов способствует сокращению тепловыделения при застывании раствора.

1.5Технология бетона

Изготовление бетонных и железобетонных конструкций включает в себя следующие технологические операции: подбор состава бетона, приготовление и транспортирование бетонной смеси, ее укладку и уплотнение, и обеспечение требуемого режима твердения бетона.

Подбор состава бетона. Состав бетона должен быть таким, чтобы бетонная смесь и затвердевший бетон имели заданные значения свойств (удобоукладываемости, прочности, морозостойкости и т. п.), а стоимость бетона при этом была возможно более низкой.

Рассчитывают состав бетона для данных сырьевых материалов, используя зависимости, связывающие свойства бетона с его составом, в виде формул, таблиц и номограмм.

Требуемая прочность бетона достигается:

- выбором марки цемента (она, как правило, принимается в 1,5…2,5 раза выше марки бетона);

- расчетом требуемого соотношения цемента и воды (Ц/В) по формуле основного закона прочности бетона.

Количество цемента определяется по полученным значениям В и В/Ц: Ц = В : (В/Ц).

Количество крупного и мелкого заполнителей рассчитывают так, чтобы расход цемента был минимальным.

Увеличивая или уменьшая содержание цементного теста (но не изменяя при этом рассчитанного Ц/В), т. е. увеличивая и уменьшая долю воды в бетонной смеси, можно соответственно повысить или снизить подвижность бетонной смеси, сохраняя заданную прочность бетона.

Состав бетона может быть выражен двумя способами: - количеством составляющих (кг) для получения 1 м бетона (например, цемент -- 300, вода -- 200, песок -- 650 и щебень -- 1250); - соотношением компонентов в частях по массе или по объему; при этом количество цемента принимают за 1 (например, запись 1:2:4 при В/Ц = 0,7 означает, что на 1 ч. цемента берется 0,7 ч. воды, 2 ч. песка и 4 ч. крупного заполнителя).

При использовании влажных заполнителей необходимо учитывать содержащуюся в них воду и уменьшить количество воды затворения так, чтобы суммарное ее количество было равно расчетному.

Приготовление бетонной смеси осуществляют в специальных агрегатах -- бетоносмесителях разных конструкций и различной вместимости (от 75 до 4500 дм).

Чтобы поверхность бетона предохранить от высыхания, ее покрывают песком, опилками, периодически увлажняя их. Эффективна защита поверхности бетона от испарения влаги полимерными пленками, битумными и полимерными эмульсиями.

В зимнее время твердеющий бетон предохраняют от замерзания различными методами: методом термоса, когда подогретую бетонную смесь защищают теплоизоляционными материалами, и подогревом бетона во время твердения (в том числе и электропрогрев). Обеспечить твердение бетона на морозе без подогрева можно с помощью противоморозных добавок.

1.6 Сборные железобетонные и бетонные изделия и конструкции

Массовое изготовление продукции в заводских условиях эффективно лишь при большом числе одинаковых изделий. Поэтому все сборные изделия унифицируют по конструкции, типоразмерам, несущей способности и некоторым другим признакам. Размер унифицированных деталей назначают с таким расчетом, чтобы можно было применять их в зданиях и сооружениях различного назначения. Для этого стандартизируют основные параметры зданий: расстояние между осями колонн, высоту этажей и т.д.

Сборные бетонные и железобетонные изделия классифицируют по виду армирования, виду бетона, конструктивному решению, типоразмерам, маркам и назначению.

По виду армирования различают изделия с напрягаемой и ненапрягаемой арматурой.

С напрягаемой арматурой изготовляют фермы покрытий, балки и ригели пролетом более 6 м, напорные трубы, опоры контактной сети и линий электропередачи, а также изделия, испытывающие динамическую нагрузку--подкрановые балки, железнодорожные шпалы.

С ненапрягаемой арматурой делают панели наружных и внутренних стен, колонны, фундаментные блоки, балки пролетом менее 6 м.

По виду бетона изделия подразделяют в соответствии с принятой классификацией бетонов. Несущие элементы каркаса зданий-- фундаментные блоки и плиты, колонны, плиты перекрытий, лестничные площадки и марши -- выполняют из тяжелого бетона. В ограждающих конструкциях -- наружных стенах, плитах покрытий -- предпочтительны изделия из легких, ячеистых или поризованных бетонов. В необходимых случаях для изготовления железобетонных конструкций применяют специальные бетоны, например жаростойкие, химически стойкие.

По конструктивному решению изделия могут быть однослойными и многослойными.

Однослойные изделия выполняют из бетона одного вида. Примером такого изделия служит керамзитобетонная наружная стеновая панель. Благодаря применению керамзитобетона с плотностью 800… …1000 кг/м³ панель совмещает функции несущей и ограждающей конструкций.

В многослойных изделиях сочетают бетоны разных видов или используют другие материалы. Так, комплексная плита покрытия зданий состоит из железобетонной несущей оболочки, поверх которой нанесен слой газо- или пенобетона, выполняющего теплозащитные функции. Наружную поверхность такой плиты покрывают гидроизоляционным материалом, предотвращающим попадание атмосферных осадков. В жилищном строительстве широко используют трехслойные стеновые панели, выполненные в виде двух тонких железобетонных оболочек, между которыми помещен эффективный утеплитель (пенопласт, минераловатные плиты).

По типоразмерам выделяют изделия одинаковых конструктивных форм, но разных размеров. Так, стеновые блоки одной формы могут быть различной толщины в зависимости от расчетной нагрузки и климатических условий эксплуатации здания.

Марки железобетонных изделий назначают в зависимости от характера армирования, диаметра и класса арматурной стали, класса бетона. Изделия одного и того же типоразмера, но разных марок характеризуются различной несущей способностью.

По целевому назначению различают бетонные и железобетонные изделия для зданий и для сооружений.

Изделия для зданий используют при возведении жилых, общественных и производственных построек.

Для строительства жилых и общественных зданий применяют бетонные и железобетонные изделия нескольких сот типоразмеров. Чаще всего используют фундаментные блоки, колонны, ригели и балки, настилы междуэтажных перекрытий, лестничные марши и площадки, внутренние несущие перегородки, панели и крупные блоки наружных стен, плиты покрытия.

1.7Разновидности цементных бетонов на плотных заполнителях

В нашей стране технология производства и применения бетона получила широкое развитие с момента строительства первых гидротехнических сооружений, таких, как Волховстрой и Днепровской ГЭС (1924-1930 гг).

В 30-е годы российские ученные разработали методы зимнего бетонирования, обеспечив тем самым возможность круглогодичного возведения бетонных и железобетонных конструкций. В этот же период был созданы ряд новых видов бетона и разработаны способы повышения его долговечности. В первые послевоенные годы производству бетона уделялось максимум внимания, в результате чего были созданы новые виды вяжущих веществ и бетонов.

Сегодня бетоны классифицируют по следующим признакам:

- основному назначению;

- виду заполнителей;

- виду вяжущего вещества;

- структуре;

- условию твердения.

Большинство свойств бетона зависят от его плотности, а плотность формируется под воздействием таких факторов, как «плотность цементного камня», «вид заполнителя» и «структура бетонов».

По своей плотности бетоны делятся на виды:

Особо тяжелые бетоны применяются в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, а также на строительстве каналов.

Тяжёлые бетоны применяют при возведении стен, фундаментов зданий, плотин. При строительстве загородного жилья возможно применение этого типа бетона для возведения фундамента и цоколя будущего строения.

Крупнопористый бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным цементным камнем. Такой вид бетона нашел свое применение в строительстве загородных домов.

Легкие бетоны изготавливают с применением пористых заполнителей (керамзит, вспученный шлак, пемза и др.). К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны - газобетон и пенобетон. В дачном строительстве такие бетоны нашли широкое применение

Особо лёгкие бетоны применяют в стеновых конструкциях для снижения теплопотерь, то есть так же, как и легкие бетоны, широко используют в строительстве загородных жилищ.

По виду вяжущего вещества бетоны подразделяют на:

- цементные,

- силикатные,

- гипсовые,

- шлакощелочные,

- полимерцементные

- специальные.

Цементные бетоны изготавливаются на различных цементах и наиболее широко применяются в городском и загородном строительстве.

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

В основе гипсовых бетонов - гипс. Такие бетоны применяют для возведения внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки строений. Гипсовые бетоны, в своем большинстве, являются неотъемлемой частью загородного строительства.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны только начинают применяться в строительстве.

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы). Этот вид бетона используют как гидроизоляционное и защитное покрытие и как отделочный и декоративно-облицовочный материал.

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Используются они в конструкциях, работающих в особых условиях. Так как конструкции загородного дома не подразумевают наличие каких-либо особых условиях, то рассматривать типы специальных бетонов мы не станем.

1.8Легкие бетоны

Лёгкие бетоны -- группа бетонов с объёмной массой менее 2000 кг/м³. К ней относятся бетоны на пористых заполнителях (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон), бетоны на лёгких органических заполнителях (арболит, костробетон, полистиролбетон) и ячеистые бетоны (пенобетон, газобетон). В качестве вяжущих могут быть использованы цемент, гипс, магнезиальный цемент.

Применяются лёгкие бетоны как конструкционные или теплоизоляционные материалы, обладая небольшой массой и стоимостью относительно тяжёлых бетонов. Отдельно выделяют высокопрочные лёгкие бетоны полифункционального назначения, удельная прочность которых превышает 25 МПа.

1.8.1 Крупнопористые легкие бетоны

Состав крупнопористого конструктивно-теплоизоляционного бетона на легких заполнителях определяют также расчетно-экспериментальным методом. При этом задаются классом и плотностью бетона. Крупнопористые бетоны на легких заполнителях отличаются высокой жесткостью, поэтому при определении их состава контролируют нерасслаиваемость бетонной смеси.

Для уточнения расхода цемента и воды приготовляют три опытных замеса: один с расчетным количеством цемента и два, отличающихся от первого на ±15... 20%- Оптимальное количество воды принимают по составу смеси, имеющей наибольшую плотность и показатель расслаиваемости менее 10% Если бетонная смесь имеет плотность больше заданной, то в нее добавляют крупный заполнитель или заменяют его более легким.

Оптимальный состав бетона устанавливают по результатам испытания образцов на прочность.

1.8.2 Легкие бетоны на пористых заполнителях

Легкие бетоны, отличающиеся высокой пористостью (до 45 %) и сравнительно небольшой средней плотностью (до 1800 кг/м^З) используют для изготовления несущих и ограждающих сборных бетонных и железобетонных конструкций. Применение их взамен кирпича и тяжелого бетона дает возможность повысить теплозащитные качества ограждений, что, в свою очередь, позволяет уменьшить толщину и массу стен зданий, сократить транспортные расходы.

В зависимости от вида применяемого крупного пористого заполнители легкие бетоны разделяют на: керамзитобетон, аглапоритобетон, шлакобетон, пемзобетон и т. д

По структуре имеются следующие основные виды:

- обыкновенные легкие бетоны, изготовляемые из вяжущего вещества, воды, мелкого и крупного заполнителей при полном заполнении раствором пустот между зернами крупного заполнителя;

-крупнопористые (беспесчаные) легкие бетоны, в которых зерна крупного заполнителя покрыты тонким слоем цементного теста, а межзерновые пустоты остаются свободными;

- поризованные легкие бетоны на основе вяжущего вещества и порообразователя. С помощью порообразователя в структуре бетона возникают воздушные ячейки. Это повышает пористость цементного раствора и тем самым снижает плотность бетона.

В зависимости от назначения легкие бетоны на пористых заполнителях разделяют на следующие виды:

- МРЗ 15 и выше, применяемые в несущих конструкциях;

- теплоизоляционные (средней плотностью в воздушно-сухом состоянии менее 500 кг/м^З, теплопроводностью не более 0,25 Вт/(м. С⁰)), применяемые для изготовления теплоизоляционных плит и других изделий;

- конструкционно-теплоизоляционные (со средней плотностью 500 -1400 кг/м^З, прочностью не ниже М35, теплопроводностью не более 0,6 Вт/(м.С⁰)), используемые в несущих и самонесущих ограждающих конструкциях (стенах и перекрытиях);

- конструкционные (средней плотностью 1400 -1800 кг/м^З, прочностью не ниже М50, морозостойкостью.

По виду вяжущего легкие бетоны разделяют на: цементные, известковые, гипсовые, на смешанном вяжущем и жидком стекле.

1.8.3 Ячеистые бетоны

Ячеистый бетон -- искусственный пористыйстроительный материал на основе минеральных вяжущих и кремнезёмистого заполнителя. Является одной из разновидностей лёгкого бетона.

Предназначен, в основном, для строительной теплоизоляции: утепление по железобетонным плитам перекрытий и чердачных перекрытий, в качестве теплоизоляционного слоя многослойных стеновых конструкций зданий различного назначения; для теплозащиты поверхностей оборудования и трубопроводов при температуре до 400⁰С; жаростойкие ячеистые бетоны применяются для теплоизоляции оборудования с температурой поверхности до 700⁰С.

В последние годы блоки из ячеистого бетона набирают популярность в качестве конструкционного стенового материала. Коттеджи и многоэтажные дома, построенные из ячеистого бетона, имеют лучшие тепловые характеристики по сравнению с кирпичными. Достигается это во многом благодаря правильной геометриисовременных блоков. За счёт чётких размеров (±2 мм) блоки можно укладывать на специальный клей с клеящим слоем не более 3 мм, а не на слой цементного раствора, который обычно и служит мостиком холода.

В соответствии с ГОСТ 25485-89 "Бетоны ячеистые. Технические условия" бетоны классифицируются:

По функциональному назначению

- теплоизоляционный - объёмная масса 300-500 кг/мі

- конструкционно-теплоизоляционный- объёмная масса 500--900 кг/мі

- конструкционный (бетон для конструкционных элементов жилых и

сельскохозяйственных зданий) - объёмная масса 1000--1200 кг/мі

По способу поризации:

- газообразование (газобетоны, газосиликаты)

- пенообразование (пенобетоны, пеносиликаты)

- аэрирование (аэрированный ячеистый бетон, аэрированный ячеистый

силикат).

К модификациям способов поризации относятся:

- вспучивание массы газообразованием в вакууме (небольшое разрежение)

- аэрирование массы под давлением (барботирование её сжатым воздухом)

с последующим снижением давления до атмосферного (баротермальный

способ)

- газопенная технология (пеногазобетон) - сочетание метода аэрирования и

газообразования

По виду вяжущего вещества: в основном, используют цемент, известь, реже гипс (газогипс)

По виду кремнезёмистого компонента: кварцевый песок, зола-унос от сжигания угля, кислые металлургические шлаки и др.

По способу твердения: неавтоклавные, предусматривающие пропаривание, электропрогрев или другие виды прогрева при нормальном давлении, и автоклавные, которые твердеют при повышенном давлении и температуре.

2. Древесина, материалы и изделия из нее

цементный бетон древесина

2.1 Запасы древесины

Древесина -- это сравнительно твердый и прочный волокнистый материал с редким сочетанием многих положительных свойств, это продукт живой природы, что определяет её достоинства, и недостатки как материала. Древесина находит широкое и разнообразное применение в быту и народном хозяйстве, её используют после переработки в виде пиломатериалов (брусья, доски), фанеры, бумаги, картона, ДВП и ДСП, часть древесины используют в круглом виде. Наибольшее количество древесины применяют в строительстве, для изготовления оконных и дверных рам, дверей, полон, паркета, в горнорудной и горно-угольной промышленности (как крепежный материал) также используется древесина в машиностроении, в химической промышленности, из древесины отгоняют фурфурол, вискозное волокно, получают кормовые дрожжи.

2.2 Достоинства древесины как материала

Малая плотность при относительно высокой прочности. Малая теплопроводность. Коэффициенты теплопроводности (ккал/м * ч * град) Теплопроводность древесины возрастает с увеличением плотности и влажности. Хорошая обрабатываемость режущими инструментами. Возможность склеивания. Легкая гвоздимость. Усилие, необходимое для выдергивания гвоздя, забитого в торец, на 10 - 15% меньше усилия, прилагаемого к гвоздю, забитому поперек волокон. Способность хорошо окрашиваться, лакироваться, полироваться, красивая текстура (рисунок, образующийся на поверхности древесины следствие перерезания анатомических элементов).

Способность благодаря упругости хорошо поглощать звуки, возникающие при ударе и вибрации. Звукоизоляционные свойства древесины имеют большое значение при использовании в качестве звукоизоляционного строительного материала, а также для улучшения акустики общественных зданий. Звукоизлучающие свойства (резонанс). Древесина широко применяется для изготовления инструментов. Стойкость к действию растворов кислот и щелочей; в связи с этим древесину хвойных пород применяют для изготовления емкостей, труб. Способность к изгибу, что имеет существенное значение при гнутье древесины. Более высокой способностью к изгибу отличается древесина лиственных пород. Сравнительно большая износостойкость. Свойства "предупреждать" (потрескиванием) при критических нагрузках о своем скором разрушении.

Древесина сравнительно легко добывается. Большое достоинство древесины -- это ее возобновляемость. Древесина достаточно прочный и в тоже время легкий материал. По прочности древесину можно сравнить с прочностью металлов, а иногда древесина превосходит по прочности металл. В отличие от хрупких материалов, древесина хорошо сопротивляется ударным и вибрационным нагрузкам. Древесина легко обрабатывается на станках: из древесины можно получить детали любой формы и конфигурации.

Древесина хорошо склеивается. Своеобразной особенностью древесины, является ее способность удерживать металлические крепления (гвозди, шурупы) Это дает возможность создавать сборно-разборные конструкции, удобные для транспортировки и монтажа.

Древесина некоторых пород отличается высокими декоративными свойствами. Внешний вид древесины улучшается после нанесения на ее поверхность прозрачных лакокрасочных материалов.

Благодаря пористому строению, древесина имеет высокие теплоизоляционные свойства. Она мало расширяется от тепла, это позволяет в протяженных сооружениях не предусматривать температурных швов, что обязательно соблюдается при использовании других материалов (металлов, бетона). В состав древесины входят вещества, после химической переработки которых, можно получить много ценнейших продуктов.

Низкая теплопроводность (высокие теплотехнические свойства: - плохая проводимость тепла, связанная с трубчатым строением клеток; - теплопроводность древесины вдоль волокон больше, чем поперёк волокон, малая теплопроводность древесины поперёк волокон является основой широкого применения её в ограждающих частях отапливаемых зданий, в результате чего, толщина деревянных стен по сравнению с кирпичом сравнительно меньше; - линейное расширение при нагревании различно вдоль волокон и поперёк волокон, вдоль волокон в 7-10 раз меньше, чем поперёк волокон и в 2-3 раза меньше, чем у стали [коэффициент линейного расширения]; - малое линейное расширение от тепла вдоль волокон, позволяет в деревянных зданиях и сооружениях отказаться от устройства температурных швов, также, например, в фермах до 30 м. можно обойтись без подвижных опор, можно устраивать жёсткое сопротивление).

Древесина хорошо противостоит действию газов и слабых растворов некоторых кислот. Древесина не магнитный материал и по этому может быть применена в тех условиях, при которых использование металлов полностью исключено.

Только древесине присуще свойство предупреждать потрескиванием при критических нагрузках о своем скором разрушении. Это свойство особенно ценится при использовании древесины для крепления подземных горных выработок.

Древесина дешевле, чем сталь. Так же можно отметить ее легкообрабатываемость. Отходы древесины могут быть использованы для изготовления строительных материалов.

Коррозиционная стойкость - древесина химически более стойкая чем металл и ж.б. Поэтому деревянные конструкции можно рекомендовать для применения в зданиях с химически агрессивной средой. Применение древесины целесообразно для деревянных конструкций складов для таких агрессивных материалов, как калийные, натриевые соли, минеральные удобрения, разрушающие сталь. Архитектурные достоинства.

2.3 Недостатки древесины как материала

Среди недостатков древесины следует в первую очередь отметить анизотропность, т.е. изменение механических характеристик в зависимости от породы, места произрастания, зоны в поперечном сечении ствола (заболонь, ядро, сердцевина), направления волокон, наличия пороков и их расположения, влажности и других факторов; это затрудняет отбор материала для ответственных изделий и сооружений. Изменение размеров и формы в результате усушки, разбухания, коробления, особенно под воздействием изменения температуры и влажности воздуха. Из-за неравномерного удаления влаги возникают напряжения, которые приводят к растрескиванию материала. Растрескивание - отрицательное свойство древесины, но в некоторых случаях оно приносит пользу, обеспечивая плотность соединения (в емкостях, деревянных трубах, судах и т.п.). При закреплении разбухающих деталей из древесины возникает давление разбухания в пределах 8 - 32 кгс/см2. Низкое сопротивление раскалыванию. Однако это свойство имеет положительные значения при заготовке колотых сортиментов. Загнивание, повреждение насекомыми, возгорание в неблагоприятных условиях службы.

Древесина в связи с ее растительным происхождением имеет способность поглощать влагу из окружающей среды (гигроскопичность) приводящей к увеличению размеров, изменению форм деталей, повышенного веса изделий. Однако она и легко отдает влагу в окружающий воздух. При этом происходит усушка, что не редко приводит к короблению материалов и растрескиванию.

В не благоприятных условиях древесина загнивает и может повреждаться насекомыми, по этому ее часто приходится защищать химическими средствами . Натуральная древесина не избавлена от опасности возгорания.

Так же следует отметить гниение древесины, вызванное увлажнением, биологические вредители (бактерии, грибы, жуки древоточцы - термиты и др.), возгораемость, что требует специальной обработки для её защиты. Коробление древесины, вызванное усушкой и разбуханием при изменении влажности.

Древесину, используемую в строительстве делят на круглый и пиленый лесоматериал.

Круглый лесоматериал в зависимости от диаметра бревна делят на жерди (d<13см); (к)пировочник (22см<d); подтоварник (12см<d<22см), диаметр измеряют наиболее тонким сечением бревна.

Материалы изготавливают длиной от 1м. до 6.5 м. с градацией через 25 см. Уменьшение диаметра бревна от комле (нижняя часть ствола) к вершине - называется сбегом в среднем равен 8- 10 мм на 1м.

2.4 Строение древесины

Живое, растущее дерево всегда состоит из трех основных частей: корня, ствола и кроны -- ветвей, покрытых листьями (у лиственных пород) или хвоей (у пород хвойных).

Ствол каждого дерева состоит из древесины, которая с наружной стороны покрыта более или менее толстым слоем коры. В коре различают тонкий наружный слой -- корку или кожицу, слой пробковой ткани (пробки) и слой луба.

Под слоем луба располагается тонкий слизистый слой живых клеток -- так называемый камбий. Деление клеток камбия, происходящее в теплое время года и приостанавливающееся в наших климатических условиях зимой, приводит к постепенному нарастанию древесины, луба и коры. Характер деятельности камбия зависит от природных условий -- климата, почвы и т. п. В зависимости от этих условий- форма ствола и строение древесины могут изменяться у одних и тех же древесных пород.

Особое значение для народного хозяйства имеет древесина ствола, используемая в виде бревен, брусьев, досок, брусков, реек, фанеры, опилок, стружки и тому подобного. Верхнюю часть ствола называют вершиной, а нижнюю, утолщенную часть -- комлем.

Различают три основных разреза древесины -- поперечный, или торцовый, пересекающий ствол дерева под прямым углом к его оси, и два вида продольных разрезов -- радиальный, в котором плоскость разреза проходит через сердцевину ствола (и, следовательно, пересекает любое поперечное сечение по диаметру ствола), и тангенциальный, пересекающий поперечное сечение ствола по одной из хорд.

На поперечном и радиальном разрезах ствола некоторых древесных пород можно легко различить два слоя древесины: внутренний, более темный слой -- ядро и наружный, значительно светлее окрашенный -- заболонь. Такие породы называют ядровыми. К ядровым породам относятся часто применяемые юными техниками для изготовления моделей сосна, лиственница и дуб.

Большинство древесных пород имеет древесину у которой внутренняя и наружная часть не отличаются друг от друга по окраске. Такие породы называют заболонными. К ним относятся, например, береза, липа, ель, бук, осина, клен, пихта и другие.

Волокна древесины обычно направлены вдоль ствола, параллельно его оси, но иногда, в зависимости от условий роста дерева, волокна располагаются вдоль ствола по спиралям, волнистым и запутанным в причудливые клубки линиям. В зависимости от этого различают косослой (встречается у всех пород), волнистость (встречается у бука, клена, ясеня) и свилеватость (встречается у березы, особенно у карельской).

Естественный рисунок, который образуется на поверхности деталей из древесины волокнами, сосудами и сердцевинными лучами, называется текстурой. Особенно красива текстура древесины плотных лиственных древесных пород -- дуба, бука, ясеня, ореха, груши. Поэтому отделку изделий из такой древесины производят так, чтобы не только не скрывать текстуру, а, наоборот, по возможности сделать ее еще более четкой.

2.5 Физико-механические свойства древесины

Главным показателем механических свойств древесины является ее прочность, способность противостоять расщеплению при воздействии внешних сил. Для определения технологичности очень важным показателем будет твердость, т.е. сопротивляемость обработке различным инструментом. Пластичность является также важным показателем технологичности, т.к. это свойство древесины изменять свою форму без признаков разрушения в процессе гнутья. Пластичность предполагает сохранение древесиной приданной гнутьем формы после снятия нагрузки. Упругость же, наоборот, предполагает восстановление первоначальной формы после снятия внешней нагрузки. Большое значение имеют плотность древесины, влажность, показатели усушки, разбухания, теплопроводности.

2.6 Древесные породы, применяющиеся в строительстве

Древесные породы по ряду биологических признаков принято разделять на хвойные и лиственные. Такое же деление принято и в строительстве.

Хвойные породы в средней полосе составляют основные запасы деловой древесины. В строительстве в основном применяется древесина именно хвойных пород, отличающаяся правильным (с меньшим количеством пороков) строением ствола и большей устойчивостью к загниванию, которая связана со смолистостью хвойной древесины. Из хвойных пород чаще всего применяют сосну, лиственницу, ель, пихту, кедр.

Сосна -- наиболее распространенная хвойная порода. Древесина сосны светло-золотистого цвета; она характеризуется высокими физико-механическими и эксплуатационными свойствами и хорошо поддается обработке. Из сосны изготовляют несущие деревянные конструкции, различные столярные изделия, фанеру и др.

Лиственница -- самая распространенная порода в Сибири. Древесина лиственницы по внешнему виду напоминает древесину сосны, но обладает большей плотностью и прочностью. Цвет ее более темный, чем у сосны. Древесина лиственницы характеризуется повышенной стойкостью против загнивания в условиях переменной влажности благодаря высокой смолистости. Поэтому ее применяют для гидротехнических и подземных сооружений, а также для изготовления шпал.

...