Сравнительно суровые климатические условия почти на всей территории СССР неблагоприятны для твердения бетона; поэтому строителям часто приходится искусственно создавать уложенному бетону влажную и теплую среду. Советские ученые и инженеры разработали высокоэффективные методы укладки бетона в зимних условиях, позволяющие вести работы круглый год.
От момента изготовления бетонной смеси до полного ее затвердевания проходит определенный период созревания, приобретения прочности, продолжающийся в зависимости от вида цемента и внешних условий (температуры и влажности) от нескольких дней до нескольких месяцев и даже лет. За это время бетон из подвижность пластичной массы превращается в прочный искусственный камень.
Чтобы из таких разнородных по свойствам веществ, как вода, цемент, песок и щебень или гравий, получить материал с вполне определенными свойствами - бетон, нужно выполнить ряд операций. При этом важно соблюдать указания технических правил и инструкций. Производство бетона хотя и происходит часто непосредственно на строительной площадке, но и в этом случае напоминает нам любое заводское производство.
Бетон приобретает прочность в процессе твердения в сооружении, - поэтому строитель должен быть уверен в нужном качестве применяемого цемента. Для этого цемент испытывается заранее и только после определения его основных технических свойств может применяться в дело.
Определение качества этих свойств производится в лаборатории. В СССР применяются стандартные, обязательные для всех методы испытания. Стандартизация позволяет получить сравнимые данные при испытании цемента на заводе и на строительных объектах. Основное свойство цемента, определяемое при предварительных испытаниях, - прочность.
В зарубежном промышленном и гражданском строительстве бетон и железобетонные конструкции прочно занимают ведущее положение по сравнению с другими материалами и конструкциями. Главное, на что направлены внимание и усилия фирм, - обеспечить высокое качество изготовляемых и возводимых конструкций. Только с учетом этих требований они разрабатывают технологические решения, требующие наименьших затрат труда, энергии и материалов.
Много лет строители ищут наилучший метод укладки бетонной смеси при минимальном количестве воды затворения. Кроме вибрирования бетонной смеси имеются и другие эффективные методы ее уплотнения. Их называют методами механического обезвоживания. К ним относятся: прессование, центрифугирование и вакуумирование. У всех этих методов общий принцип: бетонную смесь замешивают на воде в количестве, достаточном для того, чтобы ее укладку можно было вести без всяких затруднений.
Итак, бетонная смесь готова. Теперь ее надо уложить в формы. Идеальным условием укладки бетонной смеси в формы является заполнение бетонной смесью всего пространства формы. Если в форме находятся арматурные стержни, то бетонная смесь должна обволакивать всю арматуру и равномерно без зазоров заполнять все свободное пространство между стенками формы и арматурой. При этом не должны образовываться каверны, или раковины.
Цемент - один из наиболее широко применяемых, важных и дефицитных строительных материалов, и хотя в нашей стране ежегодно выпускается достаточное количество цемента, его нехватка постоянно ощущается. Причина не только в том, что масштабы строительства огромны - в большей степени дефицит цемента зависит от его излишнего расхода при приготовление бетонов и растворов, от сверхнормативных его потерь при транспортировке и хранении.
Итак. Бетон приготовлен, уложен в форму и обезвожен.
Теперь он должен затвердеть и набрать прочность. После того, как бетон схватился, он уже является твердым телом, но недостаточно прочным.
Поместим его в воду или будем непрерывно увлажнять, и прочность бетона будет расти! Как это можно объяснить? При увлажнении в нем будут происходить химические процессы. Они превратят минералы, из которых состоят цементные зерна в новые стабильные образования – гидросиликаты калия.
Отдельные элементы железобетонных или бетонных конструкций могут изготавливаться на заводе, а затем на строительной площадке из них собирается сооружение. Такой метод возведения сооружений называется строительством из сборного железобетона (бетона). Использование сборного железобетона позволяет индустриализировать строительство, переведя выполнение наиболее трудоемких операций со строительной площадки на завод и оставив на стройке только монтаж конструкций. Объем строительства из сборного железобетона и бетона в последние годы быстро возрастает.
Что же происходит при укладке бетонной смеси в форму? Отчего зависит расплыв конуса? От пластической деформации или разъединения частиц в поперечном направлении? Эти явления наблюдаются в одной и той же бетонной смеси при различном количестве воды... Неясны причины большей или меньшей хрупкости бетонной смеси. Бетонная смесь упорно хранит тайны своего поведения при укладке в формы.
Изготовление бетона – это долгий и трудный процесс. Сначала по рецепту лаборатории отмеривают в сухом виде требуемое количество цемента и заполнителей. Затем взвешенные составные части высыпают в бетономешалку и одновременно подают в нее воду. Бетономешалку приводят в движение в помощью электродвигателя.
Проектируя новую машину, конструктор решает, какую форму нужно придать тем или иным ее деталям. Он устанавливает заранее, какой должна быть прочность этих деталей. Но ведь прочность будет зависеть от материала! Значит нужно подобрать соответствующий материал!
Точно так же обстоит дело и в строительстве. Строителю необходимо предварительно знать, какими свойствами должен обладать изготовленный им бетон, какова будет его прочность, как на него будет действовать жара и мороз.
Говоря о бетоне, мы не должны забывать и о железобетоне. Благодаря его исключительным качествам он широко применяется в современном строительстве. Железобетон – это бетон, в который вводятся стальные стержни – арматура. Слово «арматура» – итальянское слово и в переводе на русский означает «вооружение». Зачем же понадобилось «вооружать», или, как говорят специалисты, «армировать» бетон?
От качества укладки бетона во многом зависит его прочность, а значит и долговечность сооружения. Качество же укладки, в свою очередь, зависит от удобоукладываемости бетонной смеси. А удобоукладываемость регулируется количеством воды в бетонной смеси и внутренним трением. Чтобы не вводить в смесь избыток воды, надо было разжижить смесь в момент укладки. Из многих предложенных способов наиболее эффективным оказалось вибрирование, уничтожающее внутреннее трение бетонной смеси.
Все описанные способы зимнего бетонирования (см.статью "Бетон и морозы") требуют дополнительных затрат и оборудования. А нельзя ли обойтись без них? Можно ли заставить бетон твердеть в зимнее время, не подогревая его? Оказывается можно, если ввести в бетонную смесь специальные добавки – химические ускорители твердения. Такими добавками являются хлористый кальций, хлористый аммоний, хлорированная вода, а так же водные растворы поваренной соли и соляной кислоты.
Да, свежеуложенному бетону мороз опасен. И, прежде всего из-за влияния низких температур на процессы схватывания и твердения цементов. Бетон очень чувствителен к холоду. Это сказывается прежде всего на времени схватывания и скорости твердения. Так, например, при снижении температуры с 20 до 5? С схватывание бетона замедляется в 2 – 5 раз. Но особенно резко проявляется это замедление при дальнейшем снижении температуры – до 0? С.
Как быть, если термометр показывает выше 35 С? Как эта температура будет влиять на твердение бетона? Оказалось, бетон очень боится жары, так как при высокой температуре из бетона испаряется вода и прекращается твердение цемента. А в результате в бетоне и образуются трещины. Одновременно снижается прочность.
Бутобетон состоит из пластичной бетонной смеси и каменного заполнения. Размеры камней не должны превышать половину толщины бетонируемой конструкции, а их объем - половины ее объема. Притом камни должны находиться друг от друга и от края конструкции не ближе 4-5 см. В этом случае обеспечивается необходимая прочность, на 50% уменьшается расход пластичной бетонной смеси, достигается значительная экономия цемента и рабочей силы. Процесс изготовления бутобетона состоит из укладки пластичного слоя толщиной 20-30 см и втапливания в него отдельных камней.
Ни одно строительство не обходится без качественного бетона. В настоящее время бетон и железобетон являются основными строительными материалами. В нашей стране производят десятки миллионов тонн железобетона и бетона, ни один дом построенный в последние 60 лет не обходится без железобетонных изделий. Поэтому тема производства бетона и железобетона является на сегодняшний день очень важной. Важно не только знать технологию производства, но уметь уменьшить затраты.