Что такое бетон

С начала XX века, с появлением стального армирования, бетон - наиболее широко применяемый строительный материал в мире. Долговечный и стойкий к коррозии, он противостоит солнечным лучам и влаге, большинству микроорганизмов и химических элементов. Бетон способен выдержать давление до 1000 кгс/см², но при этом имеет относительно низкую прочность на разрыв и изгиб. В зависимости от доступности сырья и альтернативных строительных материалов он может быть относительно недорогим в производстве и технологичным при изготовлении сложных строительных конструкций.

Что такое бетон

Бетон - это состав из портландцемента, мелкого и крупного наполнителя, воды, различных добавок и воздуха.

Портландцемент получил свое название в Англии в начале XIX века из-за сходства со строительным камнем с острова Портланд. Изготавливается он путем измельчения и смешивания известняка и глиносодержащих пород (глинозема, глинистого сланца, доменного шлака). Смесь равномерно обжигают до спекания в ротационной печи. Образующийся при этом продукт - клинкер охлаждают и затем перемалывают в порошок. Это и есть портландцемент. Добавляя небольшое количество ингредиентов, получают различные типы цемента.

Цемент смешивают с водой и мелким наполнителем (песок). Из этого раствора после последующего присоединения к нему крупного наполнителя (щебень или гравий фракций 5-40 мм) образуется бетонная смесь.

В бетонную смесь вводят специальные минеральные добавки - пуццоланы, представляющие собой разновидности туфов, цементирующими веществами в которых являются пепел, кремнезем, глина и продукты разложения пепла. Определенные рабочие характеристики бетону придают 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 его характеристик, например удобоукладываемости, сроков схватывания, плотности, пористости, долговечности и прочности.

В бетонной смеси обычно содержится 3-8% воздуха, который появляется там при использовании воздухововлекающих химических добавок для повышения морозостойкости бетона, а также при замесе бетона и во время его укладки.

Все упомянутые компоненты, смешанные вместе, затвердевают и образуют практически монолитную бетонную массу. Прочностные свойства бетона во многом зависят от типа и качества компонентов и от отношения количества воды к массе цемента. Чем меньше это отношение, называемое водоцементным (В/Ц), тем выше прочность бетона.

Прочность на сжатие, разрыв и изгиб

Наиболее часто упоминаемая характеристика бетона - предел прочности на сжатие. Тем не менее, хотя это и важная структурная характеристика, по сравнению с прочностью на разрыв и изгиб она меньше 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, которая 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.

Усилие на отрыв большинства эпоксидных покрытий намного выше прочности бетона на разрыв. Например, эпоксидное покрытие на стали может иметь усилие на отрыв 85 кгс/см², в то время как на бетоне марки М250 усилие на отрыв того же материала всего лишь 25 кгс/см²(10% от 250 кгс/см²- прочности на сжатие бетона марки М250). Из-за низкой прочности бетона на изгиб происходит его растрескивание, что почти всегда передается на покрытие, если не предпринять предупредительных мер в проектировании бетона или полимерной системы.

Необходимо отметить, что ввиду низкой прочности на разрыв и изгиб бетон необходимо армировать. Применяется стальное армирование (чаще всего), а также объемное армирование волокнами, добавляемыми в бетон перед укладкой. Полимерные волокна обычно имеют диаметр несколько микрон и длину 19-38 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.

Отделка бетонной поверхности

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

Плотная затирка стальным инструментом - это многократная операция, при которой поверхность бетона упрочняется и значительно уплотняется на глубину около 3 мм. При этом получают гладкую отшлифованную поверхность, особенно если используют затирочную машину (<вертолет>). При этом необходимо учитывать, что последующее нанесение полимерного покрытия требует поверхности с определенной шероховатостью.

Легкая затирка стальным инструментом обеспечивает минимальную отделку и является предпочтительной для последующего нанесения полимерных материалов.

Заглаживание поверхности свежеуложенного бетона выполняют специальным мастерком (обычно из дерева или магния) для уплотнения поверхностного слоя и <утапливания> мелкого и крупного наполнителя. Поверхность при этом имеет текстуру наждачной бумаги и зависит от материала, из которого изготовлен мастерок.

Отделка щеткой. После операции заглаживания по поверхности еще пластичного бетона <протаскивают> широкую щетку (обычно со средней щетиной). Получаемая текстура зависит от состава бетонной смеси, жесткости щетины, давления на щетку и времени выполнения операции. По этим причинам такой вид отделки обычно не рекомендуется.

Специальные материалы для отделки бетона. Сухие упрочнители бетона, состоящие из минерального или металлического наполнителя, смешанного с цементом и специальными добавками, равномерно рассыпают по поверхности пластичного бетона во время машинной затирки. В результате обеспечивается высокая абразивная стойкость и плотность в 2-3 раза выше, чем у обычного бетона. В зависимости от нормы расхода поверхность упрочняется на глубину 1,5-3 мм. Высокая плотность и твердость сухих упрочнителей предъявляет особые требования к качеству отделки поверхности.

Твердение бетона

До нанесения полимерного покрытия бетон должен приобрести прочность, для чего ему требуется как минимум 28 дней. Это связано с временной зависимостью процесса гидратации цемента (химическая реакция цемента с водой), который непосредственно соотносится с ростом прочности. Обыкновенная бетонная смесь приобретает 80% прочности в течение 7 дней и 100% - не более чем через 28 дней. Эти цифры указывают на то, что цемент, используемый в бетонной смеси, в основном прошел процесс гидратации, хотя она может и далее продолжаться (но в меньшей степени) в течение нескольких лет. Однако они не позволяют определить соотношение возраста бетона и количества оставшейся в нем избыточной влаги.

Для полной гидратации цементу требуется воды не более 22-28% от его веса, то есть В/Ц-отношение равно 0,22-0,28. Однако с таким количеством воды бетон будет пригоден разве что для сухой фасовки. Поэтому добавляют еще воду, чтобы смесь можно было использовать.

Бетонная смесь марки М250 со стандартными воздухововлекающими и влагоуменьшающими добавками для получения В/Ц-отношения 0,40 может содержать в 1 м³ 278 кг цемента и 112 л воды. Избыточное В/Ц-отношение 0,15 (0,40-0,25) при массе цемента 278 кг дает 42 л воды, которая не нужна для процесса гидратации. Этому излишку воды нужно позволить выйти, поддерживая при этом необходимую для процесса гидратации влажность. Большая часть воды будет выходить благодаря капиллярному действию, просачиваясь на поверхность до тех пор, пока пластичный бетон схватывается и поверхность подвергается отделке. Образование капилляров является причиной высокой пористости и проницаемости бетона.

Для достижения желаемых физических свойств бетона требуется, чтобы влага удерживалась в затвердевшем бетоне в течение 3-7 дней, в зависимости от температуры, влажности, типа цемента и используемых добавок. Обычно считается, что делать это надо до тех пор, пока бетон не набрал 80% расчетной прочности. Для поддержания нужной влажности используется один из следующих способов: заливка водой; периодическая поливка 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. Перед последующим нанесением полимерных материалов на поверхность бетона эти остатки должны быть удалены механическим способом, например пескоструйной, дробеструйной или другой абразивной обработкой.

Уязвимость бетона

Проницаемость бетона. Бетон представляет собой щелочной материал с рН-13, и, следовательно, он чувствителен к воздействию химикатов с рН менее 7, то есть кислот. В кислотной среде степень деградации бетона непосредственно связана с его проницаемостью (пористостью) и реактивностью. Реактивность определяет степень воздействия на бетон различных химикатов. Повышению реактивности способствуют следующие условия:

влажность: наличие влаги в самом бетоне или снаружи (сухие химикаты редко воздействуют на сухой бетон);

температура: повышение ее на 10°С удваивает химическую реактивность;

концентрация химикатов;

проницаемость: определяет степень проникновения химикатов в бетон.

На проницаемость бетона влияет ряд факторов.

Температура. Влага и жидкие химикаты скапливаются на участках с пониженной температурой.

В/Ц-отношение. От избыточного количества воды следует избавляться.

Фракции наполнителей. Все пустоты должны быть заполнены связующим.

Химические добавки. Их тип и количество непосредственно влияют на эффективность процесса гидратации портландцемента. Повышение эффективности гидратации приводит к росту кристаллических образований, уплотняющих бетон. Правильно подобранные и использованные химические добавки могут уменьшить проницаемость бетона.

Воздушные полости. Причинами их образования в бетоне являются: превышение норм использования воздухововлекающих добавок; захват воздуха при замесе и укладке бетона (в результате чрезмерного перемешивания).

Проницаемость бетона имеет большое значение. Во-первых, из-за нее в бетон проникают влага, химикаты и различные загрязнения, что вызывает необходимость использования защитных покрытий. В свою очередь, выход влаги и загрязнений из бетона влияет на качество уже нанесенных покрытий.

Проблемы, связанные с влажностью. Значительная часть претензий строителей так или иначе связана с разрушающим действием влаги. Поэтому важно знать признаки ее присутствия в бетоне.

Очевидный признак - видимая влага на поверхности бетона перед нанесением материалов на полимерной основе. Независимо от способности материала твердеть в присутствии влаги, его адгезия к поверхности будет ослаблена по сравнению с адгезией к поверхности сухого бетона. Ввиду пористости бетона рекомендуется применять проникающие праймеры (грунтовки), которые должны вытеснять влагу из бетона или уменьшать ее проникновение.

Менее очевидный признак - образование влаги на поверхности при температуре точки росы (температура, при которой влага конденсируется на поверхности). Когда теплый окружающий воздух в условиях высокой относительной влажности контактирует с более холодной поверхностью бетона, на ней собирается влага, которую нелегко обнаружить, пока результат ее действия не станет очевиден. В таких условиях полимерный материал следует наносить при понижающейся температуре окружающего воздуха.

С влагой могут быть связаны следующие явления:

гидростатическое давление: явный напор воды, оказывающий давление на структуру бетона. Вес воды создает давление (положительное или отрицательное), зависящее от высоты водяного столба. Примерами может служить попадание дождевой воды на бетонную структуру, расположенную ниже нулевой отметки, и давление на бетонную плиту грунтовых вод снизу;

капиллярные явления: влага проникает сквозь бетон под давлением, возникающим, когда источник влаги контактирует с микроскопическими волосяными полостями в пористой бетонной поверхности;

испарение: переход воды в паро-или газообразное состояние - результат естественного процесса и может не иметь явного источника влаги. Именно за счет испарения бетон <дышит> и выпускает влагу;

газовыделение: временное состояние, обычно возникающее при нанесении полимерных покрытий (как правило, полиуретановых и метакрилатных), когда компоненты покрытия несовместимы с влагой внутри или на поверхности бетона. Возникает химическая реакция, при которой образуется углекислый газ, поднимающийся на поверхность незатвердевшей жидкой смолы. Газовыделением часто неверно называют образование воздушных пузырьков в праймере или покрытии в результате замещения воздуха в бетоне или выпуска воздуха, захваченного при перемешивании полимерного материала.

Пузырьки влаги на покрытии могут быть причиной расслоения поверхности, которое часто прогрессирует до полного разрушения напольной системы. Химикаты, проникшие в бетон до нанесения покрытия, способны вызвать проблемы с адгезией сразу же, они также могут выходить на поверхность в течение нескольких недель после нанесения.

Обнаружение избытка влаги.

Обнаружить избыток влаги или вредные химикаты в бетоне довольно трудно и, как правило, невозможно получить абсолютные величины. Тем не менее есть методы, дающие некоторые результаты. Одним из них является метод "пластиковой пленки", позволяющий обнаружить капиллярную влагу в бетоне. Листом полиэтилена размером приблизительно 45 х 45 см, толщиной 0,15 мм или более накрывают бетон по крайней мере на 16 часов. Затем на нижней стороне листа визуально определяют наличие влаги. Таким способом проверяют каждые 50 м² поверхности.

Применяют также тестеры, в которых для количественной оценки испарения влаги из бетона используется хлорид кальция. Таким тестером проверяют каждые 100 м²поверхности.

Обнаружение химических загрязнений.

Это может быть как относительно простой, так и сложной дорогостоящей процедурой, в зависимости от степени загрязнения и важности использования покрытий.

ЛАКМУСОВЫЙ ТЕСТ. Лакмусовая бумага, наложенная на влажную поверхность бетона, позволяет определить его рН. Значение рН менее 10 укажет на кислотное загрязнение. Чем ниже значение, тем выше степень загрязнения.

ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. При проведении лабораторного титриметрического анализа на наличие специфических загрязнений бетон размельчают и смешивают с дистиллированной водой.

СПЕКТРОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Он может не только дать точную информацию о загрязнениях, но и определить первоначальный состав бетонной смеси и вероятные причины дефектов бетона.

ПАЯЛЬНАЯ ЛАМПА. Обычную паяльную лампу ставят на расстоянии 60 см от поверхности бетона на 6 часов для обнаружения масляных загрязнений. Появление загрязнений на поверхности через 6 часов будет свидетельствовать об их наличии в бетоне.

ПРОВЕРКА ВОДОЙ. На поверхность бетона наносят воду. Если бетон содержит растворимые загрязнения, вода будет скапливаться в виде луж или капель, если нет - она впитается, на что укажет потемнение бетона.

Сергей КАРПЕНКО.

Обустройство & ремонт №15(144), 2003

Продукция

Сваи	Опорные подушки	Панели перекрытия НВ	Перемычки железобетонные
Прогоны	Ригели	Балки	Лестничные ступени ЛС, ЛСН, ЛСВ
Лестничные марши железобетонные МЛ, 1ЛМ, ЛМ, ЛМП.	Лестничные площадки	Плиты балконов	Элементы ограждений: Забор железобетонный, Панель забора, Фундамент ограждения,
Плиты покрытий	Блоки ФБС, "Блоки бетонные для стен подвалов. Технические условия ГОСТ 13579-78 "	Фундаменты ленточные ФЛ, Ленточные фундаментные плиты (ФЛ) ГОСТ 13580-85	Плиты перекрытий железобетонные (ПК), плиты перекрытий многопустотные (ПК) ГОСТ 9561-91
Плиты облегченные пустотные ППС (ПБ)	Газосиликатные блоки	Лотки теплотрасс	Плиты теплотрасс
Утяжелители	Плиты парапетов	Диафрагмы жесткости	Стенки шахт лифта
Плиты ребристые	Блоки ФК	Колонны	Опоры освещения, СВ-95-20, СВ-95-25, СВ-95-30, СВ-105-1, СВ-105-3.6, СВ-105-5, СВ-110-35, СВ-110-5, СЦС-0,8-10, СЦС-1,2-10, СВН 9-1,1-2, СВН 9-1,1-2, СКЦ-11,5-34, ПТ-2,2-4,25
Бордюрный камень, садовый дорожный, бордюр, поребрик, камень бетонный бортовой	Плиты дорожные 1П60.19-30, 2П30.15-30, 2П30.18-30, ПД 20.15-6, ПДГ 60.15, ПДГ 1,5-6, ДП 30-15, 1П30.18-10, 1П 30.18-30, 2П 30.18-10	Аэродромные плиты ПАГ-14, ПАГ-18	Бетон товарный
Брусчатка	Пескобетон	Утеплители	Днища колодцев
Кольца колодезные	Крышки колодцев круглые	Люки	Сыпучие материалы: Песок карьерный, мытый, сеяный, ПГС природный, обогащенный, Щебень известковый, гравийный, гранитный, Торф, Грунт
Цемент	Плиты перекрытий камер ВП	Плиты перекрытий каналов В, ПТП	Лотки и покрытия теплотрасс
Плита теплотрасс	Плиты перекрытий коллекторов