Поговорим про свойства бетона

Рассмотрим основные свойства бетона и дадим краткие разъяснения по каждому из них. Начнем!

1. Прочность  бетона

Под прочностью понимают способность сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, которые возникают в результате нагрузки или других факторов. Основное требование, которое всегда предъявляется к бетону – приобретение им в определенный срок (обычно в 28 дней) заданной прочности на сжатие. Так как материалы в сооружениях могут испытывать различные внутренние напряжения: сжатие, растяжение, изгиб, срез и кручение. Бетон хорошо сопротивляется сжатию, хуже срезу и совсем плохо растяжению. Именно поэтому строительные конструкции проектируют так, чтобы бетон в них воспринимал сжимающие нагрузки. А, если требуется, чтобы бетон воспринимал растягивающие усилия, то его армируют. Именно стальная арматура, находясь в бетоне, будет воспринимать напряжения растяжения и среза. Поэтому одной из важнейших характеристик бетона является его прочность при сжатии.

В зависимости от прочности на сжатие бетон разделяют на классы:

• тяжелые бетоны с крупным заполнителем – В3,5; В5; В7,5; В12; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60;

• мелкозернистые бетоны – от В3,5 до В30 при мелком песке до В40 при крупном песке;

• легкие бетоны - В20 до В40 при плотности бетона 2000 кг/м3 и В5 до В35 при плотности 1800 – 1900 кг/м3.

Класс бетона назначают в проекте сооружения. Например, если на чертеже указано «класс бетона В20», то это означает, что прочность бетона при сжатии (через 28 дней) составляет 20 Мпа (1 МПа = 10 кг/см²).

Тяжелые бетоны классов до В7,5 включительно применяются только для неармированных конструкций. Конструкции с предварительно напрягаемой арматурой выполняют из тяжелого бетона класса не ниже В20 или из легкого бетона класса не ниже В15.

Прочность бетона зависит, прежде всего, от качества составляющих материалов и состава бетона. Строительная лаборатория подбирает компоненты бетона в таком соотношении, при котором прочность  его была бы не ниже заданной марки. Правильность подбора состава бетона проверяют раздавливанием на специальных прессах стандартных образцов (кубиков), изготовленных из бетона принятого состава и выдержанных определенное время после затворения (например, 7 или 28 дней).

2. Плотность бетона

Под плотностью понимают степень заполнения всего объема бетона твердым веществом (отвердевшим цементным тестом и заполнителями), выражается в г/см3, кг/м3 или в процентах. Например, если плотность бетона имеет значение 0,85, то это означает, что 85% объема составляют входящие в него материалы, а 15% - поры, которые образуются из-за испарения находившейся в бетоне воды, не вступившей в химическую реакцию с цементом при его твердении или при плохом перемешивании бетонной смеси, а также при недостатке цемента. Плотность является одним из важнейших свойств бетона, так как от нее зависят его прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, а, следовательно, и долговечность.

3. Пористость бетона

Под пористостью понимают отношение объема пор к общему объему материала. Это свойство обратное средней плотности бетона, то есть пористость дополняет среднюю плотность бетона до 100%. Каким бы плотным не был бетон, он все равно остается пористым материалом, то есть в нем всегда есть поры.

4. Теплопроводность бетона

Под теплопроводностью понимают способность бетона передавать через свою толщину тепловой поток, возникающий через разности температур на поверхностях бетона. Например, теплопроводность бетона почти в 50 раз меньше, чем у стали, но выше, чем у кирпича. Сравнительно невысокая теплопроводность обеспечивает бетону довольно высокую огнестойкость – это способность материала выдерживать действие высоких температур. Бетон может выдержать в течение длительного времени температуру выше 1000 ºС, при этом он не будет разрушаться или трескаться.

5. Водонепроницаемость бетона

Под водонепроницаемостью понимают свойство бетона не пропускать через себя воду под давлением. Под напором грунтовых вод обычно находятся подземные части промышленных, гражданских и коммунальных сооружений. Просачивание таких вод внутрь сооружений (гидротехнические объекты, резервуары, бассейны, тоннели, подвалы) грозит серьезными последствиями.
При испытании на водонепроницаемость образцы определенной формы и размеров подвергают давлению воды и устанавливают то наибольшее значение, при котором еще не наблюдается просачивание воды через образец.

По степени водонепроницаемости бетон подразделяют на марки W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18 и W20. Например, бетон марки W2 при стандартном испытании не должен пропускать воду при давлении 0,2 Мпа (1 МПа = 10 кг/см²).

6. Водостойкость бетона

Под водостойкостью понимают свойство бетона противостоять действию воды, не разрушаясь, то есть сохранять свои прочностные свойства при увлажнении водой или водным паром. Чтобы определить водостойкость бетона, изготовляют два образца: один в сухом виде раздавливают на прессе и определяют его нормальную прочность. Другой образец предварительно погружают в воду, а после насыщения водой также разрушают на прессе. Из-за ослабления связей между частицами прочность образца уменьшается. Отношение прочности насыщенного водой образца к прочности образца в сухом виде коэффициентом размягчения материала. Для бетона он больше 0,8. Поэтому бетон является водостойким и может применяться для сооружения конструкций, подвергающихся действию воды – плотин, пирсов, молов.

7. Морозостойкость бетона

Под морозостойкостью понимают способность бетона, достигшего проектной прочности, не разрушаться под действием замерзания и оттаивания. Морозостойкость проверяют специальными испытаниями стандартных образцов на многократное замораживание и оттаивание. В результате испытаний прочность бетона должна снизиться не более чем на 25%, а потеря массы образца – не превышать 5%. За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания. Установлены марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

8. Жаростойкость бетона

Под жаростойкостью понимают стойкость бетона в условиях систематичного, длительного воздействия высоких температур при эксплуатации таких конструкций, как тепловые агрегаты. То есть жаростойкий бетон при длительном воздействии высоких температур должен сохранять в заданных пределах свои физико-механические свойства. 

По степени огнеупорности жаростойкие бетоны подразделяются на:

• высокоогнеупорные (огнеупорность выше 1770ºС);

• огнеупорные (1580—1770°С); 

• жароупорные (ниже 1580°С). 

Жаростойкие бетоны применяют для сооружения тепловых агрегатов, фундаментов промышленных печей и других конструкций, подверженных длительному нагреванию.

9. Усадка бетона

Твердение бетона всегда сопровождается изменением его объема, так как на воздухе бетон высыхает и дает усадку, в воде он немного разбухает. Так как усыхание бетона снаружи происходит быстрее, чем внутри, то возникает неравномерная усадка, которая вызывает появление мелких трещин. Неравномерность усадки можно уменьшить регулярной поливкой и укрытием поверхности бетона. Чем больше в бетоне цемента и чем пластичнее бетонная смесь, то есть чем больше в ней воды, тем больше будет усадка бетона. Наибольшую усадку дает бетон, твердеющий в воздушно – сухих условиях при недостатке влаги.

10. Выделение тепла

При твердении бетон выделяет тепло, из-за чего в массивных конструкциях (например, плотинах, больших фундаментах) наблюдается длительное повышение температуры бетона даже при низкой температуре окружающего воздуха. 

11. Температурные деформации бетона

Бетон подчиняется общему закону расширения и сжатия тел при изменении температуры, коэффициент линейного расширения бетона составляет в среднем 0,00001. То есть на каждые 10 метров длины бетон либо расширяется (удлиняется) на 1 мм при повышении температуры на 10ºС, либо сжимается (укорачивается) на 1 мм при снижении температуры на 10ºС. Поэтому при больших размерах бетонных и железобетонных сооружений температурные деформации становятся настолько значительными, что могут повлиять на прочность конструкции. Поэтому конструкцию необходимо по длине разделить температурными швами. 

Например, здание или сооружение забетонировано летом при температуре 20 ºС и расстояние между температурными швами принято около 40 метров, зимой при температуре - 20 ºС в шве может образоваться зазор шириной до 15 мм.