Войти
Шоссе вымощены бетоном 
Модульные бетонные блоки для мощения 
Бетонный тротуар с печатью подрядчика и датой размещения. Бетон производится с различными составами, отделками и эксплуатационными характеристиками, чтобы удовлетворить широкий спектр потребностей.
Современные конструкции бетонных смесей могут быть сложными. Выбор бетонной смеси зависит от требований проекта как с точки зрения прочности и внешнего вида, так и с точки зрения местного законодательства и строительных норм.
Дизайн начинается с определения требований к бетону. Эти требования учитывают погодные условия, которым бетон будет подвергаться при эксплуатации, и требуемую расчетную прочность. Прочность бетона на сжатие определяется путем взятия стандартных формованных образцов цилиндра стандартного твердения.
Необходимо принимать во внимание многие факторы, от стоимости различных добавок и заполнителей до компромисса между «проседанием» для легкости смешивания и укладки и максимальной производительностью.
Затем создается смесь с использованием цемента (портландцемента или другого вяжущего материала), крупных и мелких заполнителей, воды и химических добавок. Также будет указан метод смешивания и условия, в которых он может быть использован.
Это позволяет пользователю бетона быть уверенным, что конструкция будет работать должным образом.
Для специального применения были разработаны различные типы бетона, которые стали известны под этими названиями.
Бетонные смеси также можно разрабатывать с помощью программного обеспечения. Такое программное обеспечение предоставляет пользователю возможность выбрать предпочтительный метод проектирования смеси и ввести данные о материалах, чтобы получить надлежащие конструкции смеси.
Бетон используется с давних времен. Обычный римский бетон, например, был сделан из вулканического пепла ( пуццолана ) и гашеной извести. Римский бетон превосходил другие рецепты бетона (например, состоящие только из песка и извести), используемые другими культурами. Помимо вулканического пепла для изготовления обычного римского бетона также можно использовать кирпичную пыль. Помимо обычного римского бетона, римляне также изобрели гидравлический бетон, который они сделали из вулканического пепла и глины.
Обычный бетон - это термин для укладки бетона, который производится в соответствии с инструкциями по смешиванию, которые обычно публикуются на пакетах с цементом, обычно с использованием песка или другого обычного материала в качестве заполнителя и часто смешиваемого в импровизированных контейнерах. Ингредиенты в любой конкретной смеси зависят от характера применения. Обычный бетон обычно может выдерживать давление от примерно 10 МПа (1450 фунтов на квадратный дюйм ) до 40 МПа (5800 фунтов на квадратный дюйм) при более легких применениях, таких как ослепляющий бетон, имеющий гораздо более низкий рейтинг МПа, чем конструкционный бетон. Доступны многие типы предварительно смешанного бетона, которые включают порошкообразный цемент, смешанный с заполнителем, для которого требуется только вода.
Обычно замес бетона может быть изготовлен из 1 части портландцемента, 2 частей сухого песка, 3 частей сухого камня и 1/2 части воды. Детали указаны по весу, а не по объему. Например, 1 кубический фут (0,028 м 3) бетона можно изготовить из 22 фунтов (10,0 кг) цемента, 10 фунтов (4,5 кг) воды, 41 фунта (19 кг) сухого песка, 70 фунтов (32 кг). сухой камень (камень от 1/2 до 3/4 дюйма). Это составит 1 кубический фут (0,028 м 3) бетона и будет весить около 143 фунтов (65 кг). Песок должен быть строительным или кирпичным песком (по возможности промытый и профильтрованный), а камень следует по возможности промыть. Органические материалы (листья, веточки и т. Д.) Должны быть удалены из песка и камня, чтобы обеспечить максимальную прочность.
Высокопрочный бетон имеет прочность на сжатие более 40 МПа (6000 фунтов на квадратный дюйм). В Великобритании BS EN 206-1 определяет высокопрочный бетон как бетон с классом прочности на сжатие выше C50 / 60. Высокопрочный бетон получают за счет снижения водоцементного отношения (В / Ц) до 0,35 или ниже. Часто микрокремнезем добавляется для предотвращения образования кристаллов свободного гидроксида кальция в цементной матрице, что может снизить прочность связи цемент-заполнитель.
Низкое соотношение W / C и использование микрокремнезема делают бетонные смеси значительно менее пригодными для обработки, что, в частности, может стать проблемой при применении в высокопрочных бетонах, где, вероятно, будут использоваться плотные арматурные каркасы. Чтобы компенсировать пониженную удобоукладываемость, в высокопрочные смеси обычно добавляют суперпластификаторы. Для высокопрочных смесей необходимо тщательно выбирать заполнитель, так как более слабые заполнители могут быть недостаточно прочными, чтобы противостоять нагрузкам, действующим на бетон, и вызывать разрушение в заполнителе, а не в матрице или пустотах, как это обычно происходит в обычных условиях. конкретный.
В некоторых случаях применения высокопрочного бетона критерием расчета является модуль упругости, а не предел прочности на сжатие.
Штампованный бетон - это архитектурный бетон с превосходной отделкой поверхности. После того, как бетонный пол был уложен, на поверхность пропитываются отвердители (можно пигментировать) и штамповать форму, которая может иметь текстуру, имитирующую камень / кирпич или даже дерево, для получения привлекательной текстурированной поверхности. После достаточного затвердевания поверхность очищается и обычно герметизируется для обеспечения защиты. Износостойкость штампованного бетона, как правило, превосходна и, следовательно, используется в таких областях, как парковки, тротуары, пешеходные дорожки и т. Д.
Высокопроизводительный бетон (HPC) - это относительно новый термин для обозначения бетона, который соответствует ряду стандартов, превышающих стандарты наиболее распространенных применений, но не ограничивается прочностью. Хотя весь высокопрочный бетон также является высокопрочным, не весь высокопрочный бетон обладает высокой прочностью. Вот некоторые примеры таких стандартов, которые в настоящее время используются в отношении высокопроизводительных вычислений:
Бетон со сверхвысокими характеристиками - это новый тип бетона, который разрабатывается агентствами, занимающимися защитой инфраструктуры. UHPC характеризуется тем, что представляет собой цементный композитный материал, армированный стальной фиброй, с прочностью на сжатие от 150 до 250 МПа и, возможно, выше. UHPC также характеризуется составом материала: обычно мелкозернистый песок, коллоидный диоксид кремния, мелкие стальные волокна и специальные смеси высокопрочного портландцемента. Обратите внимание, что нет крупного агрегата. Текущие типы в производстве (Ductal, Taktl и т. Д.) Отличаются от обычного бетона при сжатии своим деформационным упрочнением с последующим внезапным хрупким разрушением. Постоянные исследования отказа UHPC от разрушения при растяжении и сдвиге проводятся несколькими правительственными учреждениями и университетами по всему миру.
Микроармированный сверхвысококачественный бетон - это следующее поколение UHPC. Помимо высокой прочности на сжатие, долговечности и стойкости к истиранию UHPC, микроармированный UHPC отличается исключительной пластичностью, поглощением энергии и устойчивостью к химическим веществам, воде и температуре. Непрерывная многослойная трехмерная сетка из микростали превосходит UHPC по долговечности, пластичности и прочности. Характеристики прерывистых и рассеянных волокон в UHPC относительно непредсказуемы. Микроармированный UHPC используется в противовзрывных, баллистических и сейсмоустойчивых конструкциях, конструктивных и архитектурных перекрытиях, а также в сложных фасадах.
Ducon был одним из первых разработчиков микроармированного UHPC, который использовался при строительстве нового Всемирного торгового центра в Нью-Йорке.
Было обнаружено, что дефекты в бетоне в Японии в основном связаны с высоким водоцементным соотношением, повышающим удобоукладываемость. Плохое уплотнение произошло в основном из-за необходимости скорейшего строительства в 1960-х и 1970-х годах. Хадзиме Окамура предвидел необходимость в бетоне, который является легко обрабатываемым и не требует механической силы для уплотнения. В течение 1980-х Окамура и его доктор философии Студент Казамаса Одзава из Токийского университета разработал самоуплотняющийся бетон (SCC), который был связным, но текучим и принимал форму опалубки без использования какого-либо механического уплотнения. SCC известен в США как самоуплотняющийся бетон.
SCC характеризуется следующим:
SCC может сэкономить до 50% расходов на оплату труда из - за 80% быстрее заливки и уменьшить износ на опалубку.
В 2005 г. на самоуплотняющиеся бетоны приходилось 10–15% продаж бетона в некоторых странах Европы. В промышленности сборного железобетона в США на долю SCC приходится более 75% производства бетона. 38 департаментов транспорта в США принимают использование SCC для строительства дорог и мостов.
Эта новая технология стала возможной благодаря использованию поликарбоксилатных пластификаторов вместо старых полимеров на основе нафталина и модификаторов вязкости для решения проблемы сегрегации агрегатов.
В настоящее время ведутся исследования вакуумного бетона, получаемого с использованием пара для создания вакуума внутри автобетоносмесителя для выпуска пузырьков воздуха внутри бетона. Идея состоит в том, что пар обычно вытесняет воздух над бетоном. Когда пар конденсируется в воду, он создает низкое давление над бетоном, которое вытягивает воздух из бетона. Это сделает бетон прочнее, так как в смеси будет меньше воздуха. Недостатком является то, что смешивание должно производиться в герметичном контейнере.
Конечная прочность бетона увеличивается примерно на 25%. Вакуумный бетон затвердевает очень быстро, так что опалубку можно снять в течение 30 минут после заливки даже на колоннах высотой 20 футов. Это имеет значительную экономическую ценность, особенно на заводе по производству сборных железобетонных изделий, поскольку формы можно повторно использовать через частые промежутки времени. Прочность сцепления вакуумного бетона примерно на 20% выше. Поверхность вакуумного бетона полностью свободна от точечной коррозии, а верхние 1/16 дюйма обладают высокой устойчивостью к истиранию. Эти характеристики особенно важны при строительстве бетонных конструкций, которые должны контактировать с проточной водой с высокой скоростью. Он хорошо сцепляется со старым бетоном и поэтому может использоваться для восстановления покрытия дорожных плит и других ремонтных работ.
Торкрет-бетон (также известный под торговым названием Gunite) использует сжатый воздух для попадания бетона на (или внутрь) раму или конструкцию. Самым большим преимуществом этого процесса является то, что торкрет-бетон можно наносить над головой или на вертикальные поверхности без опалубки. Он часто используется для ремонта бетона или укладки на мосты, плотины, бассейны и в других областях, где формовка является дорогостоящей или когда обработка материалов и установка затруднены. Торкрет-бетон часто используется на вертикальных поверхностях грунта или скал, поскольку он устраняет необходимость в опалубке. Иногда его используют в качестве опоры для горных пород, особенно при проходке туннелей. Торкрет-бетон также используется в тех случаях, когда просачивание является проблемой для ограничения количества воды, попадающей на строительную площадку из-за высокого уровня грунтовых вод или других подземных источников. Этот тип бетона часто используется как средство для быстрого устранения атмосферных воздействий на рыхлых почвах в зонах строительства.
Есть два метода нанесения торкретбетона.
Для обоих методов могут использоваться добавки, такие как ускорители и армирующие волокна.
В limecrete, известковый бетоне или римских бетона цемент заменяется известью. Одна успешная формула была разработана в середине 1800-х годов доктором Джоном Э. Паком. Известь использовалась со времен Римской империи либо в качестве массового бетона для фундамента, либо в качестве легкого бетона с использованием различных заполнителей в сочетании с широким спектром пуццоланов (обожженных материалов), которые помогают достичь повышенной прочности и скорости схватывания. Известковый бетон использовался для создания монументальной архитектуры во время и после римской бетонной революции, а также для самых разных применений, таких как полы, своды или купола. За последнее десятилетие возобновился интерес к использованию извести для этих целей.
Экологические преимущества
Польза здоровью
Проницаемый бетон, используемый в проницаемом покрытии, содержит сеть отверстий или пустот, позволяющих воздуху или воде проходить через бетон.
Это позволяет воде стекать естественным путем через него и может как удалить обычную дренажную инфраструктуру поверхностных вод, так и обеспечить пополнение грунтовых вод, в то время как обычный бетон этого не делает.
Он образуется за счет исключения части или всего мелкого заполнителя (мелочи). Оставшийся крупный заполнитель затем связывается относительно небольшим количеством портландцемента. При установке обычно от 15% до 25% объема бетона составляют пустоты, что позволяет воде стекать через бетон со скоростью около 5 галлонов / фут 2 / мин (70 л / м 2 / мин).
Проницаемый бетон укладывается путем заливки в формы, затем стяжки для выравнивания (не сглаживания) поверхности, а затем уплотнения или утрамбовки на место. Из-за низкого содержания воды и воздухопроницаемости в течение 5–15 минут после утрамбовки бетон необходимо покрыть полиэтиленом толщиной 6 мил, иначе он преждевременно высохнет и не будет должным образом гидратирован и отвержден.
Проницаемый бетон может значительно снизить уровень шума, поскольку позволяет воздуху, зажатому между шинами транспортного средства и проезжей частью, уйти. Этот продукт нельзя использовать на основных автомагистралях штатов США в настоящее время из-за высоких значений фунта на квадратный дюйм, которые требуются в большинстве штатов. Проницаемый бетон до сих пор был испытан на давление до 4500 фунтов на квадратный дюйм.
Газобетона производится путем добавления агента воздухововлекающим к конкретному (или легкий заполнитель, такой как керамзита или пробковых гранул и вермикулита ) иногда называют ячеистый бетон, легкий пористый бетон, бетон с переменной плотностью, Пенобетон и легкие или сверхлегкий бетон, не путать с газобетоном в автоклаве, который производится за пределами предприятия совершенно другим методом.
В 1977 году в работе A Pattern Language : Towns, Buildings and Construction архитектор Кристофер Александер написал по образцу 209 о хороших материалах:
Переменная плотность обычно описывается в кг на м 3, где обычный бетон составляет 2400 кг / м 3. Переменная плотность может составлять всего 300 кг / м 3, хотя при этой плотности он вообще не будет иметь структурной целостности и будет функционировать только как наполнитель или изоляция. Переменная плотность снижает прочность для повышения тепло- и звукоизоляции за счет замены плотного тяжелого бетона воздухом или легким материалом, таким как глина, пробковые гранулы и вермикулит. Есть много конкурирующих продуктов, в которых используется пенообразователь, напоминающий крем для бритья, для смешивания пузырьков воздуха с бетоном. У всех один и тот же результат: бетон вытесняется воздухом.
| Плотность в сухом состоянии (кг / м3) | 7-дневная прочность на сжатие (Н / мм2) | Теплопроводность * (Вт / мК) | Модуль упругости (кН / мм2) | Усадка при высыхании (%) |
|---|---|---|---|---|
| 400 | 0,5 - 1,0 | 0,10 | 0,8 - 1,0 | 0,30 - 0,35 |
| 600 | 1,0 - 1,5 | 0,11 | 1,0 - 1,5 | 0,22 - 0,25 |
| 800 | 1,5 - 2,0 | 0,17 - 0,23 | 2,0 - 2,5 | 0,20 - 0,22 |
| 1000 | 2,5 - 3,0 | 0,23 - 0,30 | 2,5 - 3,0 | 0,18 - 0,15 |
| 1200 | 4,5 - 5,5 | 0,38 - 0,42 | 3,5 - 4,0 | 0,11 - 0,19 |
| 1400 | 6.0 - 8.0 | 0,50 - 0,55 | 5,0 - 6,0 | 0,09 - 0,07 |
| 1600 | 7,5 - 10,0 | 0,62 - 0,66 | 10,0 - 12,0 | 0,07 - 0,06 |
Применения пенобетона включают:
Отходы пробковые гранулы получают при производстве пробок для бутылок из обработанной коры пробкового дуба. Эти гранулы имеют плотность около 300 кг / м 3, что ниже, чем у большинства легких заполнителей, используемых для изготовления легкого бетона. Пробковые гранулы не оказывают значительного влияния на гидратацию цемента, но пробковая пыль может. Пробковые цементные композиты имеют ряд преимуществ перед стандартным бетоном, такие как более низкая теплопроводность, более низкая плотность и хорошие характеристики поглощения энергии. Эти композиты могут изготавливаться с плотностью от 400 до 1500 кг / м 3, прочностью на сжатие от 1 до 26 МПа и прочностью на изгиб от 0,5 до 4,0 МПа.
Валковый бетон, иногда называемый роллбетоном, представляет собой жесткий бетон с низким содержанием цемента, укладываемый с использованием методов, заимствованных из землеройных и тротуарных работ. Бетон укладывается на покрываемую поверхность и уплотняется на месте с помощью больших тяжелых катков, которые обычно используются при земляных работах. Бетонная смесь достигает высокой плотности и со временем затвердевает в прочный монолитный блок. Бетон, уплотненный роликами, обычно используется для бетонного покрытия, но также использовался для строительства бетонных дамб, поскольку низкое содержание цемента вызывает меньше тепла, выделяемого при отверждении, чем это типично для обычно размещаемых массивных бетонных заливок.
Использование переработанного стекла в качестве заполнителя для бетона стало популярным в наше время, при этом крупномасштабные исследования проводятся в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Это значительно увеличивает эстетическую привлекательность бетона. Результаты недавних исследований показали, что бетон, изготовленный из переработанных стеклянных заполнителей, показал лучшую долговременную прочность и лучшую теплоизоляцию благодаря лучшим тепловым свойствам стеклянных заполнителей.
Строго говоря, асфальт - это тоже форма бетона, в которой битумные материалы заменяют цемент в качестве связующего.
Этот тип бетона способен развить высокое сопротивление в течение нескольких часов после изготовления. Эта функция имеет такие преимущества, как раннее снятие опалубки и очень быстрое продвижение процесса строительства, отремонтированные дорожные покрытия, которые становятся полностью работоспособными всего за несколько часов. Предельная прочность и долговечность могут отличаться от прочности стандартного бетона, в зависимости от деталей состава.
В то время как « прорезиненный асфальтобетон » является обычным явлением, прорезиненный портландцементный бетон («прорезиненный PCC») все еще проходит экспериментальные испытания по состоянию на 2009 год.
Нанобетон содержит частицы портландцемента размером не более 100 мкм. Это продукт высокоэнергетического смешения (ВЭМ) цемента, песка и воды.
Полимербетон - это бетон, в котором для связывания заполнителя используются полимеры. Полимербетон может набрать большую прочность за короткое время. Например, полимерная смесь может достигнуть 5000 фунтов на квадратный дюйм всего за четыре часа. Полимербетон обычно дороже обычных бетонов.
Геополимерный цемент является альтернативой обычному портландцементу и используется для производства геополимерного бетона путем добавления обычных заполнителей в геополимерный цементный раствор. Он изготовлен из неорганических алюмосиликатных (Al-Si) полимерных соединений, которые могут использовать переработанные промышленные отходы (например, летучую золу, доменный шлак ) в качестве производственных ресурсов, что приводит к снижению выбросов диоксида углерода до 80%. Утверждается, что геополимерный бетон обеспечивает большую химическую и термическую стойкость, а также лучшие механические свойства как в атмосферных, так и в экстремальных условиях.
Подобные бетоны использовались не только в Древнем Риме (см. Римский бетон ), но и в бывшем Советском Союзе в 1950-х и 1960-х годах. Здания в Украине все еще стоят по прошествии 45 лет.
Для высокотемпературных применений, таких как каменные печи и т.п., обычно требуется использование огнеупорного цемента; Бетоны на основе портландцемента могут быть повреждены или разрушены повышенными температурами, но огнеупорные бетоны лучше выдерживают такие условия. Материалы могут включать цементы на основе алюмината кальция, огнеупорную глину, ганистер и минералы с высоким содержанием алюминия.
Текущие исследования альтернативных смесей и компонентов выявили потенциальные смеси, которые обещают радикально разные свойства и характеристики.
Исследователи из Мичиганского университета разработали инженерные цементные композиты (ECC), армированный волокном сгибаемый бетон. Композит содержит многие ингредиенты, используемые в обычном бетоне, но вместо крупного заполнителя он включает микроволокна. Смесь имеет гораздо меньшее распространение трещин, которые не подвержены обычному растрескиванию и последующей потере прочности при высоких уровнях растягивающего напряжения. Исследователи смогли выдержать деформацию смесей выше 3%, после более типичной 0,1% точки, при которой происходит разрушение. Кроме того, состав материала поддерживает самовосстановление. При появлении трещин в бетоне обнажается особо сухой цемент. Он реагирует с водой и углекислым газом с образованием карбоната кальция и фиксирует трещину.
Традиционные процессы производства бетона требуют больших затрат энергии и выбросов парниковых газов. Основные процессы, такие как кальцинирование, высокотемпературный обжиг известняка для получения извести, выделяют большое количество CO 2. На этапе затвердевания и отверждения обычный бетон со временем также может абсорбировать некоторое количество CO 2 из воздуха. По оценкам, цементная промышленность производит 5% мировых выбросов CO 2, или около 1,4 миллиарда метрических тонн в год. В то время как многие производители работали над повышением энергоэффективности на своих заводах и модифицировали свои цементные смеси, чтобы снизить производство CO 2, это снижение во всем мире было компенсировано увеличением использования бетона в Китае и Индии.
Ряд исследователей пытались повысить способность бетона связывать CO 2 путем разработки материалов, которые будут накапливать больше CO 2 или быстрее поглощать его. Идеальным было бы сделать бетон с нейтральным или даже углеродным отрицательным выбросом. Один из подходов - использовать силикат магния ( тальк ) в качестве ингредиента, альтернативного кальцию. Это снижает температуру, необходимую для производственного процесса, и уменьшает выделение углекислого газа во время обжига. Во время фазы закалки изолируется дополнительный углерод.
Родственный подход - использование карбонизации минералов (MC) для получения стабильных карбонатных агрегатов из материалов, содержащих кальций или магний, и CO 2. Стабильные заполнители можно использовать в производстве бетона или для производства углеродно-нейтральных строительных блоков, таких как кирпичи или сборный железобетон. Компания CarbonCure Technologies из Новой Шотландии использует отходы CO 2 нефтеперерабатывающих заводов для производства кирпичей и влажной цементной смеси, что позволяет компенсировать до 5% углеродного следа. Компания Solidia Technologies из Нью-Джерси обжигает кирпич и сборный железобетон при более низких температурах и отверждает их газом CO 2, что, как утверждается, снижает выбросы углерода на 30%.
Другой метод карбонизации минералов на основе кальция был вдохновлен биомимикрией естественных структур кальция. Джинджер Криг Дозье из компании bioMASON разработал метод производства кирпичей без обжига в печи или значительного выделения углерода. Кирпичи выращивают в формах в течение четырех дней в процессе микробиологического осаждения кальцита. Бактерии Sporosarcina pasteurii образуют кальцит из воды, кальция и мочевины, включая CO 2 из мочевины и высвобождая аммиак, который может быть использован в качестве удобрений.
Легкий биорецептивный бетон для использования в жилых стенах Другой подход включает разработку биорецептивного легкого бетона, который может быть использован для создания пойкилогидричных живых стен. Исследователи из Школы архитектуры Бартлетта разрабатывают материалы, которые будут поддерживать рост пойкиловых водорослей, таких как водоросли, мхи и лишайники. После создания комбинация новых материалов и растений потенциально может улучшить управление ливневыми водами и поглотить загрязнители.
Гипсобетон - это строительный материал, используемый в качестве подкладки пола в деревянных каркасах и бетонных конструкциях для обеспечения огнестойкости, снижения уровня шума, лучистого отопления и выравнивания пола. Это смесь гипса, портландцемента и песка.
