Бетон та залізобетон в архітектурі

З стійкістю  пов’язано і зворотня властивість бетону – пористість – відношення об’єму пор до загального об’єму матеріалу. Пористість як би доповнює міцність бетону до 100%. Яким би не був міцним бетон, у ньому завжди є пори!

Будівельні  матеріали, поверхні яких оброблені гідрофобізиючими сумішами, втрачають здатність змочуватися водою і капілярно її поглинати, що забезпечує їм стійкість до впливу атмосферних факторів і багатьох хімічних реагентів.

Будівельним розчином називають затверділу суміш  в’яжучої речовини, дрібного заповнювача та води. За складом будівельний розчин подібний до дрібнозернистого бетону, і для нього справжнюються закономірності, притаманні бетонам. В основу групової класифікації розчинів покладено такі ознаки: середня густина, вид в’яжучої речовини, призначення й фізико-механічні властивості.  
За густиною у сухому стані розчини поділяють на важкі з середньою густиною 1500 кг/м і більше та легкі, що мають середню густину менш як 1500 кг/м.  
За видом в’яжучого розчини бувають: цементні, приготовані на портландцементі чи його різновидах; вапнякові – на повітряному чи гідравлічному вапні; гіпсові – на основі гіпсових в’яжучих речовин; мішані – на цементно-вапняному в’яжучому. Вид в’яжучого добирають залежно від призначення розчину, вимог температурно-вологового режиму твердіння, а також умов експлуатації будівель і споруд.  
За призначенням будівельні розчини розрізняють так: мурувальні для кам’яного будування та зведення стін з- великих елементів; монтажні для заповнення швів між великими елементами під час монтажу будівель і споруд з готових збірних конструкцій та деталей; опоряджувальні для штукатурення; спеціальні, що мають особливі властивості.  

1.2 Водостійкість, довговічність

Водостійкість – властивість бетону протистояти  дії води, не розрушуючись. Щоб визначити  водостійкість бетону, виготовляють два зразки: один у сухому вигляді роздавлюють на пресі і визначають його нормальну міцність. Другий зразок заздалегідь поміщають у воду, а після насищення водою також роздавлюють на пресі. Із-за ослаблення зв’язків між частинками міцність зразка зменшується. Відношення міцності насиченого водою зразка до міцності у сухому вигляді коефіцієнтом розм’якшення матеріалу. Для бетону він більше 0,8. Тому бетон являється водостійким і може використовуватись для спорудження конструкцій, на яких впливає дія води – платин, пірсів, молов.

У будівництві  гігантських споруд цементному бетону належить найважливіша роль, як одному з найбільш довговічних будівельних матеріалів сучасності. 
На перший погляд мертві, нерухомі споруди з бетону живуть і складних і напружених умовах, які піддаються руйнівним змінам. Зрозуміти життя бетону, його властивості і хвороби, навчитися управляти його життям по своєму бажанню – ось завдання людини, яка створила бетон.

Дійсно,чому руйнуються окремі споруди, побудовані з бетону?

Бетон хоча і дуже стійкий, але з часом "дряхліє", покривається тріщинами, розсипається і гине. Річ у тому, що бетон зберігався б практично вічно, якби не піддавався діям навколишнього середовища. Найбільш сильна руйнуюча дія на споруди з бетону надає вода. 
 
 
 
 
 
 

1.3 Теплопровідність, морозостійкість

Бетон – це матеріал з високою вогнестійкістю і низькою теплопровідністю. Він особливо підходить для захисту стальних конструкцій, оскільки його коефіцієнт теплового розширення (приблизно 0,00001 на 1° C для звичайних сумішей) майже такий же, як і у сталі.

Теплопровідність  характеризує здатність бетону передавати через свою товщину тепловий потік, який виникає із-за різниці температур на поверхнях бетону. Теплопровідність бетону майже в 50 разів менша, ніж у сталі, зате вища, ніж у будівельної цегли. Порівняно невисока теплопровідність забезпечує бетон високою вогнестійкістю – здатність матеріалу видержувати дію високих температур. Бетон може видержувати на протязі тривалого часу температуру вище 1000 ° С. При цьому він не руйнується і не тріскається.

Теплопровідність -- здатність матеріалу передавати тепло через свою товщу від однієї поверхні до іншої внаслідок різниці температур: 

λ = Q r / [τ F (t₁ -- t₂)] , Вт/мград, (12.8) 

де Q -- кількість теплоти, Дж; r -- товщина огородження, м; τ -- період часу, год.; F -- площа стіни, м²; t₁ і t₂ -- температури поверхонь стіни, ^оС.

Теплопровідність матеріалу залежить від його пористості, характеру пор, виду матеріалу, вологості і середньої температури, при якій відбувається передача тепла. Коефіцієнт теплопровідності матеріалу тим нижчий, чим більша його пористість. Дрібнопористі матеріали менш теплопровідні, ніж крупно пористі.

Теплопровідність  характеризує  здатність  бетону  передавати  через  свою товщину  тепловий  потік,   що виникає   із-за   різниці   температур   на поверхнях бетону. Теплопровідність бетону майже в 50 разів  менше,  ніж  в сталі, проте вища, ніж в будівельної цеглини.

Порівняно невисока теплопровідність забезпечує бетону високу вогнестійкість – здатність  матеріалу витримувати дію високих  температур. Бетон може витримати  протягом довгого часу температуру  вище 1000° С. При цьому він не руйнується і не тріскається.

Морозостійкість - здатність матеріалу в насиченому водою стані витримувати багаторазове заморожування і відтавання без видимих ознак руйнування і зниження міцності. Морозостійкість характеризується числом витриманих циклів заморожування. При цьому допускається зниження міцності матеріалу не більше ніж на 25 % і втрата маси не більше ніж на 5%.

Всі знають, що якщо в пори каменів проникає вода, то, замерзаючи, вона розширюється і тим самим руйнує навіть найміцніші гірські породи. Бетон же при насиченні водою може витримувати багатократне заморожування і відтавання. При цьому він не руйнується і майже не знижує своєї міцності. Ця властивість називається морозостійкістю.

Чи боїться  бетон морозу? Так,свіжо укладеному бетону мороз небезпечний. І, насамперед із-за впливу низьких температур на процеси щеплення та твердіння цементів. Бетон дуже чуттєвий до холоду. Це відображається передусім на часу щеплення і швидкості твердіння. Так, наприклад, при зниженні температури з 20 до 5 ºС щеплення бетону уповільнюється в 2 – 5 разів. Але особливо різко проявляється це уповільнення при наступному зниженні температури – до 0º С. Але ж якщо відновити нормальну температуру витримки, то твердіння знову приймає звичайні темпи. А якщо температура бетону опуститься до 0º С? Твердіння зупиняється повністю. Це пояснюється тим, що при замерзанні бетону вода, яка міститься у ньому, замерзає, а утворення цементного каменю уповільнюється. Таким чином,зупиняється і твердіння бетону. Замерзаючи у бетоні, вода збільшується на 9%. В результаті цього у порах бетону розвивається високий тиск, який визиває руйнування структури ще не затверділого бетону. Накопичена на поверхні насіння крупного заповнювача вода при замерзанні утворює тонку крижану плівку, яка відділяє поверхню заповнювача від сполучення з цементним тістом. У результаті погіршується монолітність бетону. Якщо заморозити бетон у ранньому віці, тоді лід руйнує більшість кристаликів цементного клею. Якщо створення бетону було проведено до замороження, а твердіння бетону ще не почалось, то воно не почнеться і після замороження. Але якщо твердіння почалось, то воно призупиниться, поки вільна вода у бетоні залишиться у вигляді льоду. При відтаванні бетону замерзла вільна вода перетворюється у рідину, і твердіння бетону відновлюється. У ньому відбуваються ті ж самі процеси, але вже у зміненій структурі. Ці зміни у структурі бетону зменшують його міцність і щеплення бетону з арматурою. Кінцева міцність бетону буде тим нижча, чим раніше бетон підвергся замороженню.  

Найбільш  небезпечне замороження бетону у  період схоплювання цементу. Для  бетону також шкідливо і багатократне замороження і відтавання його у  початковий період твердіння. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.4 Об’ємна вага. Властивості  бетонної суміші

Основною  вважається класифікація бетону за об’ємною масою, за якою бетони поділяють на особливо важкі, густина яких перевищує 2500 кг/м³, важкі — 2200—2500 кг/м³, полегшені —1800—2200 кг/м³, легкі — 500—1800 кг/м³ і особливо легкі (теплоізоляційні) — менше 500 кг/м³.

Бетони  підрозділяються по об’ємній масі, по виду застосовуваного в’язкого, по крупности заповнювача, по призначенню.

Важкі бетони мають об’ємну масу 1800- 2500 кг/м³, заповнювачем у таких бетонах служить гравій, щебені й кварцовий пісок. Об’ємна маса легких бетонів 500-1800 кг/м³. Щоб одержати такий бетон, необхідно як заповнювач застосовувати легкі пористі заповнювачі (природні пемзу й туф, штучні керамзит або жужільну пемзу й т.д.) або ж утворювати в тілі бетону численні осередки-пори (ніздрюваті бетони).

Особливо  важкі бетони мають об’ємну масу більше 2500 кг/м³. Для їхнього готування застосовують дуже важкі щебені з металевих руд, залізний скрап і т.д.

Особливо  легкі бетони мають об’ємну масу менш 500 кг/м³. Легкі бетони, як правило, мають невисоку міцність, але зате зниженою теплопровідністю й тому звичайно їх застосовують у конструкціях, що обгороджують (зовнішні стіни, панелі покрівель).

Високоміцні легені бетони для виготовлення несучих  конструкцій (балок, ферм, плит, колон) у нашій країні застосовуються поки дуже мало.

Якщо  бетон приготовлений тільки на одному дрібному заповнювачі (пісок, щебені крупностью до 10 мм), те він називається дрібнозернистим. Якщо в бетоні немає піску, то цементне тісто не заповнює всіх порожнеч між  гравієм або щебенями й виходить так званий крупнопористый бетон, що володіє також зниженою об’ємною масою.

До бетонів  спеціального призначення ставляться високоміцні, дорожні, гідротехнічні, декоративні, жаростійкі (для футеровки  промислових печей, димарів), хімічно стійкі.

Бетонна суміш - це суміш в’яжучих, заповнювачів і, при необхідності, добавок до її укладання. Властивості бетонної суміші визначають якість і властивість отриманого з неї бетону. Основними властивостями бетонної суміші є легкоукладуваність та не розшарованість.

Легкоукладуваність — реолого технологічній показник бетонної суміші, який характеризує здатність бетонної суміші заповнювати форму бетонованого виробу і ущільнюватися в ній під дією власної маси або механічних дій.

Легкоукладуваність  бетонної суміші оцінюють рухливістю або жорсткістю.

Рухливість (Р) - властивість бетонної суміші розтікатися під дією власної маси. Для визначення рухливості бетонної суміші служить стандартний конус. Р2 - 5-9см, Р3 - 10-15см, Р4 - 16-20см, Р5 - 21 і вище

Жорсткість (Ж) - властивість бетонної суміші розтікатися і заповнювати форму під дією вібрації.

Не розшарованість - здатність бетонної суміші не розшаровуватися при транспортуванні, вивантаженні та укладанні. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                     РОЗДІЛ 2

                                         «ОЗБРОЄНИЙ» БЕТОН

2.1 Залізобетон

Відкриття і широке застосування в будівництві  нового матеріалу - залізобетону усунуло  недоліки бетону як конструктивного  матеріалу. Залізобетон завоював міцне місце в сучасному строительстве1. У нім властивості бетону - велика міцність при стисненні, стійкість до дії води і повітря, вогнестійкість - поєднуються з такими властивостями стали, як міцність при розтягуванні, пружність. У залізобетонних конструкціях, там, де ці конструкції піддаються дії розтягуючих сил, встановлені сталеві стрижні, які і сприймають дію цих сил. Кількість стали і її розташування в бетоні визначаються розрахунком. Якщо порівняти кам'яний міст з мостом з сучасного залізобетону, виявиться величезна різниця в кількості матеріалів, в зовнішньому вигляді споруд .Кожному ясно, що ніж менше матеріалів йде на будівництво, тим дешевше споруда, тим воно вигідніше.

Залізобетон в даний час поширений дуже широко; з нього зводяться дамби  і мости, дорожні покриття автомобільних магістралей і покриття злітно-посадочних майданчиків для літаків, будуються тунелі, труби, резервуари, виготовляються конструкції житлових і промислових будівель (колони, балки, плити перекриттів, сходів і ін.) і навіть річкові і морські судна. Бетон абсолютно без сталі, або, як її називають, "арматури", застосовується тепер рідко, але властивості цементного бетону багато в чому визначають і властивості залізобетону.