Характеристики бетона

Столетиями бетон использовался как долговечный строительный материал. В начале 20 века, с появлением стального армирования, бетон становится наиболее широко применяемым строительным материалом в мире. Долговечный и стойкий к коррозии, бетон противостоит солнечным лучам и влаге, большинству микроорганизмов и проникновению химических элементов.

Бетон способен выдержать давление до 1000 кгс/кв.см, но при этом имеет относительно низкую прочность на разрыв и изгиб. В зависимости от доступности сырья и альтернативных строительных материалов бетон может быть относительно недорогим в производстве и технологичным при изготовлении сложных строительных конструкций.

1.1 Что такое бетон

Бетон — состав из портландцемента, мелкого и крупного наполнителя, воды, различных добавок и воздуха. Портландцемент получил свое название в Англии в начале 19 века благодаря своему сходству со строительным камнем с острова Портланд близ Британского побережья. Портландцемент изготовливается путем измельчения и смешивания известняка и глиносодержащих пород (глинозема, глинистого сланца, доменного шлака). Смесь равномерно обжигается до спекания в ротационной печи. Получающийся при этом продукт именуется клинкером. Клинкер охлаждается и затем перемалывается в порошок, который и образует портландцемент. В клинкер в процессе перемалывания добавляются небольшие количества ингредиентов для получения различных типов цемента.

Цемент, смешанный с водой образует вяжущее. Добавление мелкого наполнителя в вяжущее превращает его в раствор. Бетонная смесь образуется последующим добавлением крупного наполнителя в раствор. В качестве мелкого наполнителя используется песок, а крупного — щебень или гравий фракций от 5 до 40 мм.

При изготовлении бетона также используются специальные минеральные добавки, называемые пуццоланы. Пуццоланы добавляются в бетонную смесь и представляют собой разновидности вулканических туфов, цементирующим веществом в которых является пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла.

Кроме того, для придания бетону определенных рабочих характеристик, в него добавляются химически активные компоненты:

  •  влагоуменьшающие
  •  замедляющие твердение
  •  ускоряющие твердение
  •  воздухововлекающие добавки: латексные и акриловые модификаторы

Добавки используются как для снижения стоимости бетона, так и для изменения таких его характеристик, как удобоукладываемость, сроки схватывания, плотность, пористость, долговечность и прочность.

Все упомянутые компоненты, смешанные вместе, затвердевают и образуют практически монолитную бетонную массу. Свойства и качество бетона значительно зависят от типа и качества компонентов и отношения количества воды к содержанию цемента. Эта отношение, называемое водоцементным (В/Ц), устанавливает прямую связь между количеством воды на весовую часть цемента и прочностными характеристиками бетона. Чем ниже водоцементное отношение, тем выше прочность бетона.

1.2 Прочность на сжатие, разрыв и изгиб

Наиболее часто упоминаемая характеристика бетона — предел прочности на сжатие. Тем не менее, хотя предел прочности на сжатие и является важной структурной характеристикой, по сравнению с характеристиками прочности на разрыв и изгиб он менее всего влияет на полимерное покрытие, нанесенное на бетон. Обычно прочность на разрыв составляет около 10 % прочности на сжатие. Адгезия полимерных материалов к бетону ограничена его малой прочностью на разрыв. Именно малая прочность на разрыв является основной причиной образования трещин во время высыхания бетона. Низкая прочность бетона на изгиб, в свою очередь, приводит к образованию трещин в бетоне под нагрузкой.

Хотя армирование бетона здесь детально не рассматривается, необходимо отметить, что, ввиду низкой прочности на разрыв и изгиб, бетон необходимо армировать, и на сегодняшний день чаще всего применяется стальное армирование. Также применяется объемное армирование волокнами, добавляемыми в бетон перед укладкой. Полимерные волокна обычно имеют диаметр несколько микрон и длину от 19 до 38 мм. Используется также металлическая стружка толщиной несколько миллиметров и длиной такой же как у полимерных волокон. Волокна позволяют повысить прочность бетона на разрыв и изгиб, и, соответственно, снизить трещинообразование, особенно в период усадки.

1.3 Отделка бетонной поверхности

Отделка поверхности свежеуложенного бетона производится различными способами вручную или механически в зависимости от требований, предъявляемых к текстуре поверхности пола.

Плотная затирка стальным инструментом

Плотная затирка стальным инструментом выполняется как многократная операция, при которой поверхность бетона упрочняется и значительно уплотняется на глубину около 3 мм. Этот вид отделки позволяет получить гладкую отшлифованную поверхность, особенно, если операция выполняется затирочной машиной (» диск вертолет»). При этом необходимо учитывать, что последующее нанесение полимерного покрытия требует поверхности с определенной шероховатостью.

Легкая затирка стальным инструментом

Легкая затирка стальным инструментом операция выполняется затирочной машиной (» плавающий диск тарелка»).  обеспечивает минимальную отделку поверхности и является предпочтительной для последующего нанесения полимерных материалов.

Заглаживание

Заглаживание поверхности свежеуложенного бетона производится специальным мастерком (обычно из дерева или магния) для уплотнения поверхностного слоя и «утапливания» мелкого и крупного наполнителя. Поверхность при этом имеет текстуру наждачной бумаги. В общем случае, текстура зависит от материала, из которого изготовлен мастерок.

Отделка щеткой

При этом виде отделки по поверхности еще пластичного бетона «протаскивается» широкая щетка (обычно, со средней щетиной). Данная операция выполняется после операции заглаживания. Получаемая текстура зависит от состава бетонной смеси, жесткости щетины, давления на щетку и времени выполнения операции. По этим причинам этот вид отделки обычно не рекомендуется.

Специальные материалы для отделки бетона

Сухие упрочнители бетона. Эти материалы состоят из минерального или металлического наполнителя, смешанного с цементом и специальными добавками. Смесь равномерно рассыпается по поверхности пластичного бетона во время операции машинной затирки. В результате поверхность приобретает высокую абразивную стойкость и плотность в 2 — 3 раза выше плотности обычного бетона. В зависимости от нормы расхода поверхность упрочняется на глубину от 1,5 до 3 мм. Высокая плотность и твердость сухих упрочнителей предъявляет особые требования к качеству отделки поверхности.

1.4 Твердение бетона

Технические характеристики полимерных материалов и рекомендации их производителей требуют для бетона как минимум 28 дней набора прочности до нанесения полимерного покрытия. Такое требование связано с временной зависимостью процесса гидратации цемента (химической реакции цемента с водой), который непосредственно соотносится с ростом прочности. Обыкновенная бетонная смесь набирает 80 % прочности в течение 7 дней и 100 % расчетной прочности не более, чем через 28 дней. Эти значения указывают на то, что цемент, используемый в бетонной смеси, в основном прошел процесс гидратации, хотя гидратация может и далее продолжаться, но в меньшей степени, в течение нескольких лет. Эти значения, однако, не позволяют определить соотношение возраста бетона и количества оставшейся в нем избыточной влаги.

Эффективная защита бетона в период набора прочности требует, чтобы для достижения желаемых физических свойств бетона влага удерживалась в затвердевшем бетоне в зависимости от температуры, влажности, типа цемента и типа используемых добавок в течение 3 — 7 дней. Обычно считается, что бетон требует защиты от выхода влаги до тех пор, пока он не набрал 80% расчетной прочности. Защита от выхода влаги выполняется одним из следующих способов

  •  заливка водой
  •  периодическое поливание из шланга
  •  покрытие мокрой мешковиной
  •  покрытие листовой мембраной(пленкой), удерживающей влагу
  •  обработка жидким мембранным материалом

При использовании жидких мембранных материалов на поверхности бетона образуется пленка или остается затвердевший материал. В случае последующего нанесения полимерных материалов на поверхность бетона, эти остатки должны быть удалены механическим способом, например, пескоструйной, дробеструйной или другой абразивной обработкой.

ШЛИФОВАНИЕ СУХОГО БЕТОНА

Механическое шлифование производится с целью сглаживания и выравнивания поверхности затвердевшего ( > 28 дней) бетона, затертого вручную после укладки. Для этой цели используются шлифовальные машины с абразивными камнями или алмазными дисками.

Получение гладкой и ровной поверхности сухого бетона (особенно в случае прочных бетонов с гранитным щебнем) без значительных затрат, используя только обычные шлифовальные машины, практически невозможно. Шлифование лишь позволяет снять слабый поверхностный слой (часто оставляя его в небольших впадинах) с мелким наполнителем . После шлифования обнажается крупный наполнитель бетона, а также нередко и все дефекты поверхности, скрытые при укладке и затирке свежеуложенного бетона. Далее следует упрочнение бетона различными жидкими наполнителями.