БЕТОН классифицируют по виду применяемого вяжущего:
БЕТОН на неорганических вяжущих (цементные БЕТОНЫ, гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные БЕТОН, жаростойкие бетоны и др. специальные БЕТОН) и БЕТОН на органических вяжущих (асфальтобетоны, пластбетоны). Цементные БЕТОН в зависимости от объёмной массы (в кг/м3) подразделяются на особо тяжёлые (более 2500), тяжёлые (от 1800 до 2500), лёгкие (от 500 до 1800) и особо лёгкие (менее 500).
Особо тяжёлые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий); они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в особо тяжёлые БЕТОН обычно вводят добавку карбида бора или др. добавки, содержащие лёгкие элементы — водород, литий, кадмий.
Наиболее распространены тяжёлые бетоны, применяемые в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях, на строительстве каналов, транспортных и др. сооружений. Особое значение в гидротехническом строительстве приобретает стойкость БЕТОН, подвергающихся воздействию морских и пресных вод и атмосферы. К заполнителям для тяжёлых БЕТОН предъявляются специальные требования по гранулометрическому составу и чистоте. Суровые климатические условия ряда районов Советского Союза привели к необходимости разработки и внедрения методов зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом большое значение имеют процессы ускорения твердения БЕТОН, что достигается применением быстро твердеющих цементов, тепловой обработкой (электропрогрев, пропаривание, автоклавная обработка), введением химических добавок и др. способами. К тяжёлым БЕТОН относится также силикатный БЕТОН, в котором вяжущим является кальциевая известь. Промежуточное положение между тяжёлыми и лёгкими БЕТОН занимает крупнопористый (бес песчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо- или пенообразователей цементным камнем.
Лёгкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей лёгкого БЕТОН; они названы в зависимости от вида примененного заполнителя — вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и др. По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем лёгкие БЕТОН подразделяются на обычные лёгкие БЕТОН (с полным заполнением межзернового пространства), малопесчаные лёгкие БЕТОН (с частичным заполнением межзернового пространства), крупнопористые лёгкие БЕТОН, изготовляемые без мелкого заполнителя, и лёгкие БЕТОН с цементным камнем, поризованные при помощи газо- или пенообразователей. По виду вяжущего лёгкие БЕТОН на пористых заполнителях разделяются на цементные, цементно-известковые, известково-шлаковые и силикатные. Рациональная область применения лёгких БЕТОН — наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный лёгкий БЕТОН используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их собственного веса). К лёгким БЕТОН относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные ячеистые бетоны с объёмной массой от 500 до 1200 кг/м3. По способу образования пористой структуры ячеистые БЕТОН разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду вяжущего — на газо- и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих; на газо- и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести; газо- и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые БЕТОН называются газо- и пенозолобетонами, газо- и пенозолосиликатами, газо- и пеношлакозолобетонами. Особо лёгкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы. Области применения БЕТОН в современном строительстве постоянно расширяются. В перспективе намечается использование высокопрочных БЕТОН (тяжёлых и лёгких), а также БЕТОН с заданными физико-техническими свойствами: малой усадкой и ползучестью, морозостойкостью, долговечностью, трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для достижения этого потребуется проведение широкого круга исследований, предусматривающих разработку важнейших теоретических вопросов технологии тяжёлых, лёгких и ячеистых БЕТОН: макро- и микроструктурной теорий прочности БЕТОН с учётом внутренних напряжений и микротрещинообразования, теорий кратковременных и длительных деформаций БЕТОН и др.
Виды бетонов.
В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов. Бетоны классифицируют:
1. по средней плотности;
2. по виду вяжущего вещества;
3. по назначению.
Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны делят на:
• особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/ кубетон м.;
• тяжелые — 1800…2500;
• легкие -500… 1800;
• особо легкие — менее 500 кг/куб, м.
Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях — стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).
Тяжелые бетоны с плотностью 2100…2500 кг/ кубетон м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз). Облегченный бетон с плотностью 1800…2000 кг/ кубетонм. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600…1900 кг/куб, м.
Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф). К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях.
Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные. Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцемента (20…25%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах), бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).
Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.
Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные — пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение — объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов. Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве. Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).
Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).
Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее.
В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.
Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).
В зависимости от области применения различают:
• обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колон, балок перекрытий и мостовых конструкций);
• гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений;
• бетон для ограждающих конструкций (легкий);
• бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий;
• бетоны специального назначения (жароупорный, кислотостойкий, для радиационной защиты).
Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие:
до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции в эксплуатацию; расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.
Бетоны нового поколения
Одна из актуальнейших проблем современного бетоноведения — применение и совершенствование нового поколения бетонов, получивших в мировом научном сообществе название «High Performance Concrete». Появление таких бетонов открыло новую эру в строительстве. Их уникальные свойства: высокая прочность и коррозионная стойкость, водонепроницаемость и морозостойкость, регулируемая деформативность — позволили реализовать такие строительные проекты, о которых еще сравнительно недавно трудно было даже мечтать. Достаточно упомянуть мост через пролив Акаси в Японии с центральным пролетом в
• водонепроницаемость W 12 и выше;
• морозостойкость F 400 и выше;
• истираемость не более 0,3-0,4 г/см2;
• водопоглощение 1-2,5 мас %;
• высокая сопротивляемость проникновению хлоридов;
• высокая газонепроницаемость;
• регулируемые показатели деформативности (в том числе компенсация усадки бетона в возрасте 14-28 сут естественного твердения).
Впервые в отечественной практике строительства были получены и применены высокопрочные и быстротвердеющие бетоны с прочностью на сжатие до 200 МПа, сочетающие высокие показатели морозостойкости (F 1000 и выше) и водонепроницаемости (W 20 и более) со стабильностью объема и повышенной стойкостью к различным агрессивным воздействиям и высокими декоративными свойствами.
Разрабатывались данные бетоны специалистами НИИЖБа совместно с привлеченными организациями.
В 1985-1998 гг. разработаны:
— теоретические основы получения эффективных высококачественных бетонов различного назначения и повышения эксплуатационной надежности путем управляемого структурообразования на всех этапах производства за счет использования композиционных вяжущих веществ, применения комплексных химических модификаторов и активных минеральных компонентов;
— полифункциональные химические модификаторы бетона различного назначения (суперпластификаторы, пластификаторы, регуляторы твердения и структуры бетона и др.), оптимизированы составы и условия их применения в зависимости от требуемого технического эффекта и способа введения, в том числе при приготовлении бетонных смесей или на стадии получения композиционных вяжущих;
— составы, технология применения широкой гаммы активных минеральных компонентов, в том числе конденсированного микрокремнезема и расширяющих добавок, используемых как при приготовлении бетонных смесей, так и при получении композиционных вяжущих и предназначенных для снижения расхода клинкерного компонента, повышения прочностных характеристик и коррозионной стойкости бетонов, повышения их водостойкости и трещиностойкости, компенсации усадочных деформаций и регулирования процессов структурообразования;
— составы и технология получения композиционных вяжущих, предусматривающая механохимическую активацию компонентов в присутствии полифункциональных модификаторов и минеральных добавок с целью придания цементному камню специальных свойств: высокой прочности (от 60 до 120 МПа), ускоренных темпов твердения, высоких показателей по морозостойкости, сульфатостойкости, отсутствия деформаций усадки и др.
Впечатляет перечень объектов, на которых были применены высококачественные бетоны. Так, например, созданы промышленные образцы технологических комплексов, осуществлено опытное и опытно-промышленное внедрение, а также промышленное освоение различных видов бетонов, в том числе при изготовлении мостовых строений и монолитных конструкций транспортных сооружений из бетонов с повышенными эксплуатационными характеристиками (Московская кольцевая автодорога, транспортный туннель на Кутузовском проспекте, шумозащитные стены автострад и др.), в строительстве торгового комплекса «Смоленский Пассаж», современных офисных зданий (СДМ-Банк), жилых комплексов в Кунцево и Митино, при возведении памятника Петру I (фундаментная плита) и воссоздании горельефов Храма Христа Спасителя из архитектурного бетона, декоративных плитных изделий из высокопрочных бетонов, при производстве сборных железобетонных конструкций специальной и общестроительной номенклатуры по беспропарочной технологии с использованием композиционных вяжущих на заводе ЖБИ-100 (г. Иваново) и промышленном комбинате № 81 (г. Самара), при изготовлении объемно-каркасных модулей для многоэтажных зданий из бетонов с комплексными модификаторами на промышленном комбинате № 55 (Московская обл.). Высококачественные бетоны широко применяются при строительстве монолитных и сборно-монолитных специальных сооружений, покрытий аэродромов, взлетно-посадочных полос, монолитных конструкций стартовых комплексов для космических систем и других специальных объектов. Следует подчеркнуть, что разработанная технология позволяет быстро осуществить диверсификацию производства и перейти на выпуск социально значимой продукции, что позволит обеспечить безопасность зданий и сооружений, повысить их архитектурную выразительность.
За 1985-1998 гг. в строительстве различных гражданских объектов и специальных сооружений с использованием новых бетонов изготовлено и применено более 1 млн. м2 железобетонных конструкций и монолитного железобетона. Экономический эффект разработки ученых определяется снижением материалоемкости, уменьшением энерго- и трудозатрат и применением техногенных отходов, значительным увеличением долговечности, и, как следствие, увеличением срока межремонтной эксплуатации и снижением эксплуатационных расходов, связанных с функционированием зданий и сооружений и с проведением ремонтных работ, что стало возможным благодаря обеспечению высоких, ранее недостижимых показателей эксплуатационной надежности бетона.
Представляется, что начатый рядом российских организаций комплекс работ имеет хорошую ближайшую перспективу. Развитие транспортного строительства, освоение новых месторождений нефти и газа, в том числе на морских шельфах в условиях воздействия соленых вод, волновых и ветровых нагрузок, увеличение объемов использования подземных пространств и строительство подземных «мини-городов», архитектурный железобетон — вот неполный, но весьма характерный перечень рациональных областей применения новых бетонов.
Евростандарт на бетон.
В процессе объединения развитых европейских стран в Европейский Союз наряду с введением единого визового пространства, единой валюты и др., немаловажное значение имеет создание единой (гармонизированной) системы евростандартов на продукцию, обязательных для применения во всех странах — членах Союза. Для решения данной проблемы был создан Европейский комитет по стандартизации (СЕН), включающий многочисленные технические комитеты. Для разработки стандартов по строительным материалам созданы технические комитеты:<> ТС 51 — Цементы, ТС 125 — Каменная кладка, ТС 128 — Кровельные материалы, ТС 154 — Заполнители для бетона, ТС 178 — Плиты тротуарные, ТС 229 — Сборные железобетонные изделия и конструкции и др.
В
• TG1 Долговечность
• TG2 Учет химического воздействия сред эксплуатации
• TG3 Критерии соответствия
• TG4 Классы бетонов по прочности
• TG5 Минеральные добавки (наполнители)
• TG6 Сборные элементы
• TG7 Уход, тепловая обработка
• TG8 Методы испытаний
• TG9 Щелочная реакция заполнителей
• TG10 Аттестация на соответствие требований.
Работа над стандартами потребовала немалых усилий от экспертов, в результате чего было подготовлено 26 редакций текста стандарта. Для их согласования были привлечены ЕРМКО — Европейская ассоциация производителей товарного бетона, РИЛЕМ — Международная ассоциация по испытаниям материалов и другие. В итоге к концу 1999 года работа была завершена. Евростандарт EN 206 «Бетоны» содержит требования к бетону, производимому на стройплощадке, на заводах товарного бетона, на заводах сборного железобетона и предназначенному для изготовления монолитных и сборных бетонных и железобетонных конструкций, в том числе с предварительным натяжением арматуры. В редакцию стандарта
• увеличено число классов бетона;
• записаны требования по обеспечению долговечности;
• записаны позиции о необходимости охраны окружающей среды;
• выделены классы по прочности легкого бетона;
• уточнены понятия «водоцементное отношение» и «содержание цемента» при наличии минеральных добавок;
• уточнены понятия технической ответственности между лицом, формирующим требования к бетону (это может быть Заказчик), изготовителем бетонной смеси и производителем работ;
• пересмотрены требования по точности весовых дозаторов;
• пересмотрены требования по уходу за уложенным бетоном;
• оговорены процедуры испытаний на соответствие требованиям стандартов;
• уточнены критерии соответствия.
Стандартом EN 206 следует пользоваться совместно со стандартами на составляющие материалы и методы их испытаний. В связи с тем, что ряд этих стандартов находится в стадии подготовки, введение EN 206 как единого обязательного евростандарта для стран ЕС откладывается до момента завершения всей сопутствующей группы стандартов. В настоящее время Великобритания, Франция, Португалия, Германия уже включили основные положения данного стандарта в свои национальные нормы. Стандарт EN 206 содержит требования по следующим разделам:
• составляющие бетонной смеси;
• свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона;
• ограничения по составу;
• спецификация бетонов;
• доставка товарного бетона;
• производственный контроль;
• критерии соответствия и процедуры оценки и др.
Стандарт регламентирует требования только к бетону, приготовленному без воздухововлекающих и газообразующих добавок, и включает тяжелый бетон, особо тяжелый бетон, легкий бетон.
Помимо требований, содержащихся в данном стандарте, в отдельных документах дополнительно могут быть изложены требования к бетонам:
• предназначенным для строительства особо ответственных объектов: транспортных эстакад, высоких плотин; напорных резервуаров, корпусов реакторов АЭС, морских платформ, а также дорог;
• содержащим нестандартные компоненты (волокна, нетрадиционные заполнители и добавки);
• на легких заполнителях.
Кроме того, данный евростандарт не применим к бетону: • с пенообразующими добавками и искусственным воздухововлечением;
• крупнопористому (без мелкого заполнителя); • плотностью менее 800 кг/м3;
• жаростойкому.
Стандарт EN 206 содержит ссылки на несколько десятков других стандартов, как законченных, так и находящихся в стадии разработки. Раздел «Термины» содержит определение основных терминов, использованных в документе.
Так, в этом стандарте под тяжелым бетоном понимается бетон с плотностью в диапазоне 2100 < r < 2600 кг/м3, под легким — 800 < r < 2100 кг/м3. К высокопрочным бетонам относятся бетоны класса выше С67. Максимальный класс бетона, указанный в стандарте для тяжелого — С115, для легкого — С88*. В стандарте широко используются два термина «бетон заданного качества»: бетон, требуемые характеристики которого задаются потребителем, при этом изготовитель бетона несет ответственность за обеспечение этих требований, и «бетон заданного состава»: бетон, состав которого назначается потребителем, при этом изготовитель несет ответственность за соблюдение этого состава, но не несет ответственности за обеспечение прочих, в том числе эксплуатационных, характеристик такого бетона.
Треть данного стандарта по объему посвящена требованиям по обеспечению качества бетона. Детально прописаны правила отбора проб при приготовлении бетона для испытаний на прочность, обозначены критерии соответствия, причем не только по показаниям прочности, но и другим характеристикам: плотности, В/Ц, содержанию цемента (недовложение против проекта не более 10 кг/м3) и т. д. Имеются указания по контролю всех материалов, операций и оборудования, используемых при приготовлении бетона.
В стандарте оговорены и меры, которые необходимо принять в случае нарушения тех или иных требований. Заканчивается стандарт описаниями процедур сертификации и аудиторской проверки производства бетона. В стандарте EN 206 имеется более 10 приложений, среди которых следует отметить рекомендации по обеспечению долговечности бетона на стадии приготовления в зависимости от сред эксплуатации, требования по точности дозировочного оборудования и др. В целом, евростандарты подразделяются на две категории. Первая — «А» — стандарт на проектирование и производство работ. Например, на расчет железобетонных конструкций, известный как Еврокод-2. Вторая — «В» — стандарт на строительную продукцию (материалы).
Стандарты категории «В» должны быть гармонизированы, то есть одинаково трактоваться и применяться без каких-либо отклонений во всех странах Европейского Союза. В стандарты категории «А» могут вноситься коррективы при его применении. Гармонизация стандартов категории «А» не является обязательной процедурой. В странах, объединенных в Европейский Союз (ЕС), утверждающими инстанциями являются не учреждения отдельных государств (они, естественно, участвуют в процессе), а Европейская комиссия (ЕК).
Стандарты категории «В» должны отвечать требованиям Директивы № 106 Совета ЕС, касающейся строительной деятельности как таковой. Положения Директивы направлены на то, чтобы строительные работы и используемые материалы не наносили ущерба здоровью людей и животных, обеспечивали долговечность материалов, экономное расходование энергии, защиту окружающей среды и т. д. Директива ЕС № 106 по строительной деятельности предполагает для выполнения содержащихся в ней требований разработку обширного блока стандартов. Стандарт EN 206 «Бетоны» — один из них. Комиссия (ЕК) выдает так называемый «мандат» на разработку стандартов для реализации требований Директивы. Несмотря на то, что работы по подготовке стандарта EN 206 идут полным ходом, этот стандарт из-за возникших трений между ЕК и составителями стандарта — Техническим комитетом СЕН стоит «в очереди» на получение мандата. Дело в том, что если, по мнению ЕК, стандарт должен ограничиваться только товарными бетонами и не распространяться на бетоны, приготовленные на стройплощадке или на заводах ЖБИ, то СЕН уверен, что стандарт EN 206 должен относиться ко всем указанным бетонам. Резон в позиции СЕН, безусловно, есть. Бетон, изготавливаемый на стройплощадке, то есть не являющийся товарным, и бетон, изготавливаемый на заводе на вывоз — товарный бетон, должны быть изготовлены по единым техническим требованиям, изложенным в одном документе — стандарте. Выданный на разработку стандарта, мандат должен содержать требования по уровням сертификации на маркировку бетонов знаком «СЕ», что означает, что продукция соответствует общим требованиям Директивы. Внутри Европейского Союза продукция, маркированная знаком «СЕ», имеет право свободного перемещения. Уровни аттестации на знак «СЕ» прописаны в Директиве. Ввиду вхождения России в европейский процесс, следует инициировать вступление России в СЕН. В настоящее время российские специалисты не имеют регулярных контактов с техническими комитетами СЕН. Без активного сотрудничества с СЕН, ориентированная на готовые документы гармонизация отечественных стандартов с евронормами, все время будет отставать на 5-10 лет.
