Эксплуатационные свойства бетона

В процессе современного строительства бетон является не просто конструкционным материалом, его использование в качестве строительных, декоративных, устойчивых к высоким температурам и силовым нагрузкам материалов делает его одним из самых универсальных строительных средств. Он получается в результате отвердения и уплотнения смеси, состоящей из твердых наполнителей (щебень, гравий и др.), воды, вяжущих пластификатов и добавок, придающих специфические особенности определенной марке или классу.

Технология производства, характеристика оборудования, применяемого в приготовлении и уплотнении, условия температурных режимов, режимов влажности и многое другое – все это важные факторы, воздействующие на основные свойства.

Прочность материала

Прочность – одно из основополагающих свойств этого сложного материала, занимающего первое место в современном строительстве. Надо отметить, что раствор не только не теряет свою прочность со временем, но и увеличивает этот показатель в процессе гидратации, что, несомненно, является главной его преимущественной характеристикой. Главные факторы, влияющие на прочность – это водоцементное соотношение и степень уплотнения, а также оптимальный сбалансированный состав и благоприятные температурные условия.

Наиболее эффективно конструкции сопротивляются нагрузкам на сжатие, для сопротивления нагрузкам на растяжение добавляются необходимые присадки.

В оптимальных условиях 70 % прочности марочного показателя материал набирает в течение первой недели заливки. Прочность наивысшего марочного показателя достигается по прошествии 28 дней.

Следует контролировать уровень влажности при повышении температурного режима окружающей среды, так как высокие температуры, способствуя скорейшему отвердению материала, могут прекращать набор прочности при пересыхании. Поэтому в сухую жаркую погоду масса свежей заливки укрывается пленкой ПВХ или влажной мешковиной.

Теплопроводность

Теплопроводность материала используемого в ограждающих конструкциях имеет большое значение и определяется составом материала. Основные легкие растворы отличаются меньшей теплопроводностью, чем тяжелые. Это связано с повышенной пористостью легких бетонов и как следствие повышенным количеством воздуха, который, как известно, в небольших объемах является хорошим теплоизолятором.

Состав минерального наполнения тоже оказывает влияние на его теплопроводность. Базальтовые наполнители имеют самую низкую теплопроводность, в отличие от кварцевых, имеющих самый высокий ее показатель. Доломитовые и известняковые наполнители отличаются средними показателями.

На теплопроводность существенное влияние оказывает его влажность, так как теплопроводность воды значительно выше этого значения для воздуха. В случаях, когда поры наполняет вода, резко увеличивается проводимость тепла материала. Теплопотери увлажненного резко возрастают, и при понижении температур до отрицательных значений возможно даже его промерзание. А так как теплопроводность льда в два раза выше этого показателя для воды, то теплопотери увеличиваются еще значительнее. Поэтому скорость высыхания имеет большое значение в сохранении им теплопроводности. Для этого применяются специальные заполнители, десорбционная влажность которых настолько низка, что не имеет существенного значения.

В любом случае способность проводить тепло у конструкции в 50 раз ниже, чем например, у стали, что является немаловажным фактором для ограждающих конструкций, используемых в гражданском строительстве.

Упругость, ползучесть, усадка

Бетон, как и другие материалы, может испытывать различные виды деформаций. Обладая определенной упругостью, при длительных нагрузках он может быть подвержен деформации ползучести и процессу усадки.

Модуль упругости – это показатель деформации материала при нагрузке на него, чем выше модуль упругости, тем выше сопротивляемость нагрузкам.

Также существует деформация за счет ползучести. Разделение этих видов деформаций для практических целей проводится таким образом: деформация в процессе нагрузки считается упругой, последующая деформация происходит уже за счет ползучести.

Влияние на упругость обусловлено свойствами наполнителя в том числе. С увеличением модуля упругости крупного заполнения растет этот показатель и для самого материала.

Бетоны, произведенные с применением легких заполнителей, менее упруги, чем тяжелые с аналогичной прочностью.

В процессе гидратации происходит сокращение объема соотношения цемент-вода, такого рода контракция говорит об объемной усадке, достигающей 1% объема сухого цемента, и называется пластической усадкой. Воздействие пластической усадки усугубляется скоротечной потерей воды массой и может быть причиной трещин на поверхности, однако такие дефекты могут образовываться независимо от потерь влаги из-за неоднородности структуры.

Величина пластической усадки увеличивается с большим содержанием цемента и обратно пропорциональна жесткости смеси. В то же время имеет место аутогенная усадка, развивающаяся внутри большой массы и характеризующаяся отсутствием доступа воды при дальнейшей гидратации.

Долговечность раствора

Для сопротивления конструкций разрушению от воздействия окружающих сред, подчас достаточно агрессивных, производители используют в изготовлении различные добавки и пластификаторы, придающие материалу необходимую устойчивость к разнообразным коррозионным процессам.

Морозостойкость цемента характеризуется спецификой пор в материале и обусловлена добавлением специфических заполнителей. Благодаря им, вода, не замерзающая в гелевых порах, является безопасной для целостности материала, а контракционные поры служат запасными резервуарами для оттока части воды из капиллярных пор.

Технологический процесс производства имеет значительное влияние на долговечность конструкций. Общепринято мнение, что цемент естественного отвердения более прочен, чем автоклавный. Однако длительный процесс изготовления такого материала ставит под сомнение экономическую целесообразность его использования в массовых застройках. В то же время изготовление конструкций искусственного отвердения, благодаря постоянному совершенствованию состава материала и процесса его производства, достигло показателей, ни в чем не уступающих бетону естественного отвердения. Срок эксплуатации автоклавных соответствует принятым государственным стандартам и нормативам.

Проницаемость

Важным фактором характеристики является степень проницаемости, так как при проникновении в материал жидких веществ агрессивного воздействия происходят коррозионные процессы, способствующие его разрушению.

Гидрофильные пластифицирующие добавки, используемые в изготовлении, способствуют подвижности смесей, соответственно снижая их водопотребность и повышая водонепроницаемость. Также с этой целью используются уплотняющие добавки в виде микронаполнителей и веществ химического происхождения.

Самый агрессивный вид коррозии – кислотный. Методами защиты конструкций в данном случае является повышение их непроницаемости, а подчас и их гидроизоляция, в то время как другие виды коррозии, благодаря принятию специальных мер, подлежат ликвидации или уменьшению.

Огнестойкость и жаростойкость

Устойчивость к воздействию открытого огня общеизвестна. Это обусловлено низкой теплопроводностью при кратковременном воздействии высоких температур. Масса не успевает нагреться до критической температуры, в том числе и присутствующая в нем арматура. Бетон, основанный на портландцементе, способен выдерживать длительное воздействие температуры до 200°С в период всего срока службы.

Для повышения огнеупорных свойств в качестве заполнителей применяются материалы, не изменяющие объем при нагревании. Использование специального набора микронаполнителей способствует снижению усадочных и температурных деформационных процессов цементного камня.

Бетоны, способные выдерживать температурные режимы до 1500°С, являются жаростойкими. Огнеупорным называют раствор, эксплуатируемый при температуре до 1700°С. Раствор, способный выдерживать более высокие температуры при длительной эксплуатации, называют высокоогнеупорным.

Такой используется для различных тепловых агрегатов, в качестве фундаментов промышленных печей и различных конструкций, подвергающихся длительному воздействию высоких температур.

Благодаря своим выдающимся свойствам и качествам является уникальным, высокотехнологичным материалом в гражданском и промышленном строительстве.