Proprietățile betonului
Principalele proprietăți ale betonului sunt rezistența, porozitatea, rezistența la îngheț, rezistența la apă, rezistența la foc.
Forța de aderență. Ca toate materialele din piatră, rezistența betonului în timpul comprimării este semnificativ (de 10 ... 20 ori) mai mare decât atunci când se întinde și se îndoaie. Prin urmare, în structurile de construcție, betonul, ca regulă, este supus la solicitări de compresie. Vorbind despre rezistența betonului, aceasta implică rezistența la compresiune.
Betonul pe ciment Portland câștigă forță treptat. La temperatură normală și conservarea constantă a umidității, rezistența betonului crește pentru o lungă perioadă de timp, dar viteza durabilității se descompune în timp. Rezistența betonului este caracterizată de marca sa (figura 1).
Brand beton este determinată de cuburi de rezistență la compresiune eșantioanelor dimensiune 150X 150X 150 mm, realizate din beton și de lucru tverdevshih 28 zile în condiții normale (temperatură (20 ± 2) ° C și o umiditate relativă de 95%). Metodele de determinare a rezistenței betonului sunt reglementate de GOST 10180-78.
betoanelor grele următoarele clase au fost stabilite: M50, M75, M100, Ml50, M200, M250, M300, M350, M400, M450, M500, M600, M700 și M800.
Rezistența betonului depinde de rezistența materialelor constituente și de rezistența aderenței dintre ele. Dar forța agregatului (nisip, pietriș, pietriș), de regulă, este mai mare decât puterea betonului în sine, deci are un efect redus asupra acestuia din urmă. Astfel, rezistența betonului este determinată în principal de rezistența pietrei de ciment întărite și de rezistența aderenței la agregat.
Fig. 1. Modificarea rezistenței betonului în timp
Forța de piatră de ciment depinde de doi factori: marca de ciment și raportul dintre apă și ciment. Cu cât marca de ciment este mai mare, cu atât mai mult va fi piatra de ciment. Dependența rezistenței pietrei de ciment la raportul dintre ciment și apă din amestecul de beton se explică prin următoarele. Cimentul, atunci când se întărește, leagă chimic 20 ... 25% apă din masa proprie și pentru a asigura mobilitatea necesară a amestecului de beton, este necesar să se ia 40 ... 80% apă din masa cimentului. Firește, cu cât betonul mai concret va fi liber, fără apă chimică, cu atât mai multe pori vor fi în piatră de ciment și, în consecință, puterea sa va fi mai mică.
Rezistența legăturii dintre piatră de ciment și agregate este determinată în principal de calitatea suprafeței agregate. Pentru a asigura o rezistență ridicată la aderență, suprafața boabelor agregate trebuie să fie curată și aspra. De exemplu, betonul pe pietriș, cu alte lucruri egale, este mai puternic decât betonul pe pietriș.
Strângerea betonului. Când se diluează aerul, se produce contracția betonului - contracția dimensiunilor lineare până la 0,3 ... 0,5 mm pe 1 m lungime. Deformarea de contracție mare este unul dintre motivele pentru formarea fisurilor din beton. În special contracție semnificativă în perioada inițială de întărire: în prima zi atinge 70% din valoarea lunară. Motivul pentru contracția betonului este contracția pastei de ciment de întărire, astfel încât cimentul mai mare în beton, cu atât mai mare este contracția acestuia și probabilitatea crăpării.
Porozitatea. Pentru a obține un amestec de beton, este necesar să se introducă în compoziția de beton de 2 ... 4 ori mai multă apă decât cimentul de întărire care îl poate lega. Excesul de apă duce la formarea de pori în beton. Reduceți porozitatea betonului prin reducerea cantității de apă în raport cu cimentul, precum și reducerea conținutului total de ciment din beton.
În medie, porozitatea betonului strâns și solidificat este de 5 ... 7%. Cu o astfel de porozitate, betonul este impermeabil la apă, dar permeabil la produsele petroliere ușoare (benzină, kerosen) și gaze.
Rezistența la îngheț a betonului depinde de cantitatea și natura (deschisă și închisă) a porilor, precum și de rezistența la îngheț a agregatului.
Conform SNIP 2.03.01-84, gradele de rezistență la îngheț pentru beton greu F50, 75, 100, 150.
Rezistența la foc. Rezistența la foc a betonului este înțeleasă ca capacitatea sa de a-și menține rezistența sub expunere pe termen scurt la temperaturi ridicate, de exemplu într-un incendiu. În timpul încălzirii pe termen scurt, datorită conductivității termice scăzute, betonul este încălzit la o adâncime mică, iar apa din acesta (inclusiv apa legată chimic) se evaporă, scăzând temperatura betonului. În cazul expunerii prelungite la temperaturi înalte, pot apărea modificări chimice ireversibile în beton, însoțite de pierderea rezistenței.
Pentru proiectarea cuptoarelor, a cuptoarelor și a țevilor industriale, se utilizează beton refractar special pe ciment aluminos și agregate rezistente la căldură.
Cea mai importantă proprietate a betonului este puterea sa, adică capacitatea de a rezista forțelor externe fără a se descompune. Ca și piatră naturală, betonul rezistă cel mai bine compresiei, prin urmare, pentru criteriul de rezistență a constructorilor de beton au adoptat forța finală de beton în comprimare. Pentru a determina rezistența betonului, se face un cub standard cu o margine de 200 mm. Apoi, pe o presă hidraulică, un astfel de cub este supus compresiei, ducând la distrugere. Prin urmare, cunoscând sarcina de rupere și aria secțiunii transversale a eșantionului, puteți determina rezistența. De exemplu, dacă un cub de beton cu o margine de 200 mm sa prăbușit sub o sarcină de 800 kN (80 tone), rezistența la compresiune va fi de 20 MPa (200 kgf / cm2).
În funcție de rezistența la compresiune, betonul este împărțit în grade. Constructorii determină marca de beton în funcție de rezistența la tracțiune a cubului standard cu o margine de 200 mm. Deci, în Uniunea Sovietică în construcții, se folosesc următoarele clase de beton: 600, 500, 400, 300, 250, 150, 100 și mai jos. Alegerea brandului este determinată de condițiile în care betonul va funcționa.
rezistenta betonului depinde de puterea agregatului de piatră (piatră spartă, pietriș), iar calitatea cimentului dizolvat în apă: Beton este mai puternic, mai ferm decât agregate de piatră și mai bine vor fi lipite cu ciment adeziv. Rezistența pietrelor naturale nu se schimbă odată cu timpul, dar rezistența betonului crește cu timpul.
O altă proprietate importantă a betonului este densitatea medie - raportul de masă al materialului la întregul său volum (exprimat în kg / m3, g / cm3 sau în procente). Densitatea medie a betonului este întotdeauna mai mică de 100%.
Densitatea medie afectează puternic calitatea betonului, inclusiv rezistența acestuia: cu cât densitatea medie a betonului este mai mare, cu atât este mai puternică. Porii din beton, tind să apară în fabricarea sa: ca urmare a evaporării apei în exces, fără a intra într-o reacție chimică cu cimentul în timpul durificări, cu amestecare slabă a amestecului de beton și, în cele din urmă, lipsa de ciment.
Proprietatea opusă densității medii a betonului, porozitate, este raportul dintre volumul porilor și volumul total al materialului, adică porozitatea "completează" densitatea medie a betonului la 100%. Indiferent cât de dens este betonul, acesta are întotdeauna pori!
Rezistența la apă este proprietatea betonului pentru a rezista acțiunii apei fără a se descompune. Pentru determinarea rezistenței la apă a betonului se efectuează două probe: una în stare uscată este zdrobită pe presă și se determină rezistența normală. O altă probă este în prealabil imersată în apă și, după saturarea cu apă, este de asemenea distrusă la presă. Datorită slăbirii legăturilor dintre particule, rezistența eșantionului scade. Raportul dintre rezistența probei saturate cu apă și rezistența în formă uscată se numește coeficientul de înmuiere a materialului. Pentru beton este mai mare de 0,8. În plus, rezistența la apă a betonului este afectată de neoplasmele hidratate, care au o solubilitate foarte scăzută. Prin urmare, betonul este rezistent la apă și poate fi utilizat pentru structurile expuse la baraje, piramide, dale.
Conductibilitatea termică caracterizează capacitatea betonului de a transmite prin grosimea sa debitul de căldură care rezultă din diferența de temperatură pe suprafețele de beton. Conductivitatea termică a betonului este de aproape 50 de ori mai mică decât cea a oțelului, dar este mai mare decât cea a cărămizilor.
Conductivitatea termică relativ scăzută oferă betonului o rezistență la foc destul de ridicată - capacitatea materialului de a rezista la acțiunea temperaturilor ridicate. Betonul poate rezista pentru o lungă perioadă de timp la o temperatură de peste 1000 ° C. În același timp, nu se prăbușește și nu se sparge.
Toată lumea știe că, dacă apa pătrunde în porii pietrelor, atunci se îngheață, se extinde și distruge astfel și cele mai puternice pietre. Betonul, atunci când este saturat cu apă, poate rezista la congelare și decongelare repetate. Cu toate acestea, nu se prăbușește și aproape că nu-și reduce puterea. Această proprietate se numește rezistență la îngheț.
Densitatea medie a betonului poate fi diferită. Depinde de materialele de umplutură utilizate în beton. Pe această bază, betonul este împărțit în trei tipuri: grele, ușoare și foarte ușoare. Această clasificare depinde de masa agregatului utilizat la fabricarea betonului. De exemplu, betonul pe agregate naturale de granit, calcar, dolomită are o densitate medie de 2200-2400 kg / m3, iar rezistența acestuia atinge 60 MPa (sau 600 kgf / cm2). Un astfel de beton este numit greu. Dar betonul de pe pietrele de piatră ușoară (piatră ponce sau tuf) are o densitate medie inferioară - de obicei între 1600-1800 kg / m3 și se numește beton ușor. Dacă se realizează beton pe agregate poroase ușoare artificiale din materiale de lut arse la sinterizare, cum ar fi lut expandat, agloporit, piatră ponce, pietriș de cenușă și altele asemenea. atunci puteți obține o gamă întreagă de betoane ușoare cu o densitate medie diferită - până la 1800 kg / m3. Puterea lor variază între 7,5 și 40 MPa (75 până la 400 kgf / cm2).
Utilizarea betonului greu sau ușor este determinată de tipul de construcție și de condițiile de funcționare a acestuia.
În mod concret, betoanele sunt împărțite în beton obișnuit - pentru producția de coloane, grinzi, plăci și altele asemenea; hidrotehnice de beton - pentru baraje, încuietori, canale; beton pentru structuri subterane - pentru fabricarea țevilor de puțuri, rezervoare; beton pentru pavaj; beton special pe tipuri speciale de ciment - rezistent la acizi, rezistente la căldură etc.