Министерство образования Республики Беларусь Управление образования Брестского облисполкома Учреждение образования «Березовский государственный профессиональный лицей строителей» ВОЗМОЖНОСТИ БЕТОНА В СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ Исследовательская работа Автор: Мшар Любовь Николаевна преподаватель учебного предмета «Специальная технология» БЕРЕЗА 2018 1 Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, очевидно лишь то, что он не возник таким, каким мы его знаем сегодня, а, как большинство строительных материалов, прошел длинный путь развития. В его развитии можно проследить четыре важных этапа: рождение, быстрый рост, зрелость и гибель, возрождение. Работа освещает этапы развития бетона с характеристикой и фото видных строений. Освоение и развитие бетона на протяжении веков является наглядным примером реализации достижений человека в создании разнообразных архитектурных форм и композиций. В современных условиях получили большое развитие новые виды бетонов: газосиликатный, кислотостойкий, цементно-полимерный, фибробетон, декоративный, нанобетон, самоуплотняющийся, радиоэкранирующий. В работе описаны не только возможности бетона в строительном производстве, но и наглядно проиллюстрировано влияние добавок на свойства бетона. Автор: Л. Н. Мшар, преподаватель учебного предмета «Специальная технология» Рецензент: Е. Н. Пунько, методист УО «Березовский государственный профессиональный лицей строителей» Печатается по решению методической комиссии УО «Березовский государственный профессиональный лицей строителей» МК-2 преподавателей учебных предметов профессионального компонента учебного плана и мастеров производственного обучения по квалификациям: «Каменщик», «Плотник-бетонщик» 2018 2 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Введение …………………………………………………………….. стр. 3 2. Возможности бетона в строительном производстве 2.1. История развития бетона ……………………………………. стр. 7 2.2. Основные свойства бетона …………………………………. стр.15 2.3. Технология развития бетона в 21 в. ………………………. стр. 16 2.4. Характеристика основных новых видов бетона …………... стр. 20 3. Заключение …………………………………………………………. стр. 28 4. Список использованных источников …………………………….. стр. 29 5. Приложения ………………………………………………………… стр. 30 3 1. Введение Сегодня бетон является одним из самых востребованных строительных материалов. Мировой объём его применения составляет более 2 миллиардов м3 в год. Ни одно современное строительство не обходится без бетона, а всё потому, что, в зависимости от технологии производства и состава, его характеристики могут соответствовать любому требованию застройщика. Если посмотреть вокруг, то можно увидеть, что практически всё, что нас окружает, сделано из бетона – это жилые и промышленные здания, всевозможные технологические экспериментальном железнодорожные порядке вагоны, площадки, изготавливались подводные лодки дороги, детали и для даже мосты. В самолетов, музыкальные инструменты. Трудно найти сооружения, где хотя бы при закладке фундамента не используется бетонный раствор или плиты. То тут, то там вырастают малопривлекательные громадины высотных домов. Серый цвет, привычные формы – эти ассоциации возникают у нас с бетонными зданиями, люди стали считать бетон чисто утилитарным материалом. Освоение и развитие бетона на протяжении веков является наглядным примером реализации достижений человека в создании разнообразных архитектурных форм и композиций. Трудно точно сказать, где и когда появился бетон, так как начало его зарождения уходит далеко вглубь веков. Очевидно лишь то, что он не возник таким, каким мы его знаем сегодня, а, как большинство строительных материалов, прошел длинный путь развития. В его развитии можно проследить четыре важных этапа: рождение, быстрый рост, зрелость и гибель, возрождение. Указанное деление эволюционного развития бетона на отдельные этапы довольно условно, но позволяет схематично показать весь путь, который прошел этот материал. Бетон – один из древнейших строительных материалов, получаемый в результате твердения смеси вяжущего материала, воды, песка, крупного заполнителя и добавок. 4 В качестве вяжущего материала применяют глину, известь, цемент, гипс, битум. В качестве крупного заполнителя – щебень, гравий, керамзит. Из него построены галереи египетского лабиринта, часть Великой Китайской стены, ряд сооружений на территории Индии, Древнего Рима и в других местах. Ценность бетона подтверждают конструкции крепостей, храмов, оросительных каналов, виадуков и акведуков дохристианской эпохи. Однако использование бетона и железобетона для массового строительства началось только во второй половине 19 в., после получения и организации промышленного выпуска портландцемента, ставшего основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Вначале бетон использовался для возведения монолитных конструкций и сооружений. Применялись жесткие и малоподвижные бетонные смеси, уплотнявшиеся трамбованием. С появлением железобетона, армированного каркасами, связанными из стальных стержней, начинают применять более подвижные и даже литые распределение бетонные и смеси, уплотнение в чтобы обеспечить бетонируемой их надлежащее конструкции. Однако применение подобных смесей затрудняло получение бетона высокой прочности, требовало повышенного расхода цемента. Поэтому большим достижением явилось появление в 30-х годах способа уплотнения бетонной смеси вибрированием, что позволило обеспечить хорошее уплотнение малоподвижных и жестких бетонных смесей, снизить расход цемента в бетоне, повысить его прочность и долговечность. В современных условиях получили большое развитие новые виды бетонов, и разрабатываются суперлегкие, прочные бетоны, которые получат распространение уже в ближайшем будущем. Для того, чтобы показать возможности бетона в строительном производстве, я провожу свою исследовательскую работу. Тема: Возможности бетона в строительном производстве Цель: Показать возможности бетона в строительном производстве 5 Задачи: 1. Изучить историю развития бетона 2. Раскрыть основные свойства бетона 3. Показать технологии развития бетона в 21 веке 4. Изучить влияние добавок на изготовление новых видов бетона Гипотеза: возможности бетона для строительного производства огромны Объект исследования: бетон Предмет исследования: возможности бетона Метод исследования: эмпирический (наблюдение, собеседование) и теоретический (изучение и обобщение) Проблема данного исследования носит актуальный характер в современных условиях. Об этом свидетельствует частое изучение поднятых вопросов. Вопросам исследования посвящено множество работ. В основном материал, изложенный в учебной литературе, носит общий характер, а в многочисленных монографиях по данной тематике рассмотрены более узкие вопросы проблемы. Однако требуется учет современных условий при исследовании проблематики обозначенной темы. Высокая значимость и недостаточная практическая разработанность проблемы определяют несомненную новизну данного исследования. Дальнейшее внимание к вопросу о применении бетона необходимо в целях более глубокого и обоснованного разрешения частных актуальных проблем тематики данного исследования. Актуальность настоящей работы обусловлена, с одной стороны, большим интересом к бетону в современной науке, с другой стороны, ее недостаточной разработанностью. Рассмотрение вопросов связанных с данной тематикой носит как теоретическую, так и практическую значимость. Теоретическое значение изучения проблемы заключается в том, что избранная для рассмотрения проблематика находится на стыке сразу нескольких научных дисциплин. 6 По результатам исследования был вскрыт ряд проблем, имеющих отношение к рассматриваемой теме, и сделаны выводы о необходимости дальнейшего изучения состояния вопроса. Таким образом, актуальность данной проблемы определила выбор темы работы, круг вопросов и логическую схему ее построения. Источниками информации для написания работы послужили базовая учебная литература, фундаментальные теоретические труды крупнейших мыслителей в рассматриваемой области, результаты практических исследований видных отечественных и зарубежных авторов, статьи и обзоры в специализированных и периодических изданиях, посвященных тематике "Бетон", справочная литература, прочие актуальные источники информации. 7 2. Возможности бетона в строительном производстве 2.1. Древнейшими История развития бетона вяжущими веществами, используемыми человеком, являлись глина и жирная земля, которые после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Использование глины в строительстве восходит приблизительно к 10 тыс. до н. э.. На основе глины и жирной земли приготавливались смеси типа растворов и бетонов, которые в те далекие времена широко применялись при строительстве самых различных построек и сооружений; начиная от простейших глинобитных (землебитных) домов (Приложение 1) до громадных храмов – зиккуратов (Приложение 2). Наиболее ранний бетон, обнаруженный археологами, можно отнести к 5600 г. до н. э.. Он был найден на берегу Дуная в поселке Лапенски Вир (Югославия) в одной из хижин древнего поселения каменного века (Приложение 3), где из него был сделан пол толщиной 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и местной извести. Вероятно, первыми шагами в освоении бетона было помимо полов, сооружение траншей для фундаментов зданий, которые заполнялись галькой или обломками битого камня, затем заливались раствором глины, битума или извести с песком и превращались со временем в плотную и относительно прочную массу (Приложение 4). Отдельные примеры связывания мелких камней растворами или использование раствора с крупным заполнителем были известны в глубокой древности у египтян, вавилонян, финикийцев и карфагенян. Наиболее раннее применение бетона в Египте, обнаруженное в гробнице Теве датируется 1950 г. до н. э. (Приложение 5). Бетон был применен при строительстве галерей египетского лабиринта (Приложение 6) и монолитного свода пирамид (Приложение 7) задолго до нашей эры. Одним из первых начали применять бетон народы, населяющие Индию и Китай. Великая Китайская стена (Приложение 8), строительство которой было начато в 214 г. до н. э., сооружена в основном из бетона. Приготовление 8 бетона и формование из него стен состояло в следующем. Вначале одна часть известкового теста тщательно перемешивалась с двумя частями песка и гравия или песка, строительного мусора и земли. Полученная сухая (очень жесткая) бетонная смесь с небольшим содержанием воды укладывалась слоями толщиной около 12 см между деревянными щитами опалубки и усиленно уплотнялась деревянными трамбовками. После такого уплотнения поверхность каждого слоя слегка увлажнялась водой, и на него укладывался следующий бетонный слой. Процесс повторялся до полного возведения стены. Такой метод строительства довольно широко применялся в Китае еще в 20-х годах нашего века при строительстве домов, школ, бань и пагод. В 2007 г. Великая Китайская стена попала в список так называемых «новых семи чудес света» заняв там первое место. Искусство производства бетона постепенно распространялось в Восточном Средиземноморье и примерно к 500 г. до н. э. достигло Древней Греции, где для покрытия стен, в том числе из необожженного кирпича, использовался мелкозернистый известковый бетон. Таким образом был отделан дворец царя Аттала (Приложение 9). Впоследствии бетон стал применяться в виде бутовой кладки. Пространство между двумя рядами каменной стены заполнялось крупными камнями, а затем заливалось известковым раствором. Второй этап, продолжавшийся с 2 в. до н. э. до 1 в. н. э, сопровождался ускоренным ростом и широким распространением объемов бетонного строительства по всей Римской империи и прилегающим к ней странам. Римляне, как уже было сказано, не были изобретателями бетона, так же, как не они первые обнаружили вяжущие свойства извести, не они придумали арку, свод, большинство строительных машин и оборудования. Они переняли все это у этрусков, греков и других народов. Однако массовое применение, или как говорят сегодня – внедрение, все это получило именно в Древнем Риме. Только там широкое применение получил и бетон. Только римляне сумели полностью использовать такие его свойства, как прочность, 9 водонепроницаемость и экономичность, а с I в. н. э. бетон превратился в один из основных конструкционных строительных материалов. Первые бетонные постройки Древнего Рима датируются 2 в. до н. э. Однако, несомненно, этот материал применялся в римском государстве намного раньше. В качестве вяжущего в бетоне использовалась воздушная известь, а заполнителем служили песок и камень с большим количеством грунта. Камни крупного заполнителя часто были размером более 40-60 см. Археологические раскопки стен Помпеи (Приложение 10) показали, что римский бетон представлял собой материал, напоминающий современную бутовую кладку, где в качестве сердечника, т. е. ядра кладки, выступали крупные битые камни или валуны, скрепленные известковым раствором, а в качестве облицовки – две параллельные стены из крупных естественных камней, также связанных раствором из песка и извести. Бетон в ней был очень непрочен, и устойчивость таких стен достигалась не столько за счет связующей силы раствора, сколько за счет внутреннего давления, создаваемого массой. Облицовочные стенки из камней, уложенных на раствор, выполняли роль опалубки, хотя уже в то время были известны случаи возведения бетонных сооружений с разборной деревянной опалубкой. Римляне знали, что морская вода не только не размывает их рукотворную скалу, но делает ее даже прочнее, поэтому применяли бетон для сооружения гаваней. Сохранившийся до нашего времени мост Калигулы (1 в.) в Поццуоли вблизи Неаполя (Приложение 11) свидетельствует о том, что римляне первыми применили бетон в подводных сооружениях. До изобретения гидравлических вяжущих, обладающих устойчивостью к действию воды, мастера пытались с помощью различных добавок сделать известь водостойкой. Они использовали для этого бычью кровь, свежий творог, коровье молоко, костяную золу и яичные белки. Каждый зодчий хранил свой рецепт в строжайшем секрете. Памятники прошлого - свидетели их мастерства. 10 Бетон готовился непосредственно на месте возведения конструкций, вернее, в самой конструкции. Древнеримские строители совместили в одном процессе приготовление и укладку бетонной смеси. В конструкцию укладывались слоями щебень, или обломки камня и вулканический песок. Увлажняли его – и через некоторое время масса эта превращалась в скалообразную прочную стену. Первоначально такой бетон использовали для заполнения пространства между стенами из кирпича или тесаного камня. Начиная со 2 в. до н. э. бетон употребляется при строительстве фундаментов и стен жилых домов, храмов и сооружений утилитарного значения, в частности дорог (Приложение 12). Известно, что строительству дорог римляне придавали очень большое значение, так как это связано с их военной политикой и освоением захваченных территорий. Дороги были настолько хорошо построены, что многие из них еще вполне пригодны для использования даже сегодня. Они были сильными, прочными и построены так, чтобы служить веками. Лучшие римские дороги строились в несколько этапов. Для начала рабочие вырывали котлован, около метра глубиной на местности, где планировалось соорудить дорогу. Далее, широкие и тяжелые каменные блоки устанавливались на дно траншеи, оставшееся пространство покрывалось слоем грязи и гравия. Наконец, верхний слой был вымощен плитами с выпуклостями в центре для того, чтобы могла стекать вода. В общем, римские дороги были чрезвычайно устойчивыми к действию времени. Согласно типичной римской моде, инженеры империи настаивали на создании и использовании прямых дорог, то есть на их проложении через любые препятствия, а не в обход им. Если на пути был лес, они вырубали его, если была гора, они сооружали туннель через нее, если болото, они высушивали его. Недостатком этого типа дорожного строительства, конечно, было огромное количество людских ресурсов, необходимых для работы, но рабочая сила (в виде тысяч рабов), - это было то, чем древние римляне владели в избытке. К 200 году до н.э. римская империя насчитывала около 85295 километров магистралей. 11 Примерно с первой четверти 1 в. до н. э. состав бетона меняется. Улучшается качество заполнителей за счет более разнообразного зернового состава, уменьшается наибольшая крупность камней до величины с «кулак», резко сокращается количество грунта в заполнителях. В связи с этим растет и прочность бетона. Однако особое место бетону, как и прежде, отводится при возведении общественных и жилых зданий, особенно при постройке так называемых инсул – многоэтажных домов (Приложение 13). Зрелость и гибель бетона (1-4 вв.). Римляне построили множество величественных зданий и грандиозных сооружений как у себя, так и в странах, бывших тогда под их владычеством. Многие из них стоят и сегодня. К наиболее ярким шедеврам относятся: Колизей и Пантион. Колизей (Приложение 14) – амфитеатр для гладиаторских боев и других зрелищ, был открыл для публики в 80 году н. э. Архитектура Колизея вмещает в себя стены, колонны, пилястры, арки, несущие нагрузку от сводов перекрытия (Приложение 15). Арки и своды изготовлены из бетона. В 2007 г. Колизей попал в список новых семи чудес света, единственный европейский номинант, заняв там второе место. В 123 г. заканчивается в Риме строительство Пантеона. Пантеон (Приложение 16) – храм, посвященный всем богам. Размер бетонного купола диаметром 43 м до 19 в. оставался рекордным для данного типа бетонных конструкций. Основные строительные работы по Пантеону были выполнены при императоре Адриане (Приложение 17). Именно при нем строительство из бетона достигает своего наивысшего расцвета, начинается третий период его развития. Сохранившиеся сооружения насчитывают около 2000 лет. И это не смотря на выветривание, войны, землетрясения, метеоритные пожары и т.п. Исследования остатков сооружений показывают, что бетон состоял из смеси камней малой величины, песчаных фракций, глины, известняковых связующих и воды. Бетонные своды этих построек имели несколько другое 12 конструктивное решение, чем прежде. Они выполнялись не в виде кирпичных арок, заполненных бетоном, а в виде сплошного каркаса из кирпича, уложенного плашмя по деревянным доскам, на который поверху набрасывался бетон. После смерти Адриана намечается постепенный спад бетонного строительства. Это было закономерно и связано с начавшимся политическим и экономическим кризисами, которые на протяжении последующих 3 столетий сотрясают древнеримское рабовладельческое государство. На общем фоне упадка, несомненно, были отдельные периоды подъема строительного дела. Наиболее выдающееся сооружение этого периода трехпролетная арка использования Константина (Приложение 18). Последние примеры бетона в античный период можно встретить в Константинополе, куда в начале 4 в. н. э. переместилась столица римского государства. Так, в частности, нижние части сводов и арок знаменитого Софийского собора в Константинополе (Приложение 19), построенного в 540 г., были сделаны из бетона. В последующий период строительство из бетона практически прекращается. Возрождение бетона. Знания, искусство и опыт возведения бетонных сооружений оказались утраченными с падением римской империи (5 в.). Лишь в 18 в. путем кропотливого сбора сведений о технологии изготовления бетона в отдельных сохранившихся сочинениях древних инженеров и архитекторов удалось вновь открыть бетон. Начался этот путь с изобретения способа обжига извести. В 18 в. в Англии стали изготавливать вяжущее, предшествующее современному цементу, формула которого была окончательно определена и запатентована англичанином Джоном Аспдином (Приложение 20) и дотирована 1824 г. Цемент изготовлялся из известковой пыли, смешанной с глиной и обожженной при высокой температуре. Применение бетона в строительстве стало значительно расширяться. 13 В середине 19 в. был изобретен железобетон. С помощью стальной арматуры увеличили прочность бетона. Патент на изготовление железобетонных изделий получил садовник Монье (Приложение 21), после того как в 1867 г. сделал железобетонную цветочную кадку. И именно с нее началась эра применения железобетона. Так давно известный бетон в 19 в. упрочил свои позиции в строительстве, заняв место самого популярного материала. В последней четверти 19 в. появилась идея «свежеприготовленной бетонной смеси» - товарного бетона, а в начале 30-х годов – в Великобритании появился первый автобетоносмеситель (Приложение 22). Вместе с тем постоянно совершенствуется состав бетона. В 30-е годы прошлого столетия уже начали появляться легкие и преднапряженные бетоны и их сочетание. Использование специальных сортов цемента и функциональных добавок в сочетании с рациональным армированием создало возможность широкого варьирования целой палитрой свойств, таких как пластичность, прочность, долговременная сохранность технических показателей, условия ухода за бетонной смесью и т.д. Это был монолитный бетон или железобетон. Преимущества монолитного железобетона: возможность самостоятельного изготовления; имеет идентичную технологию производства для различного цикла; не требует большого количества рабочей силы; высокая сопротивляемость нагрузкам; сейсмическая устойчивость зданий и сооружений; обладает продолжительным сроком службы; не требует большого количества строительной техники; по истечении многих лет увеличивает прочность; имеет относительно невысокую стоимость строительства; возможность применения различных форм строительных элементов. Недостатки монолитного железобетона: 14 возведения строительства замедляется; потребность в изоляции от звукопроводности материала; возможность образования отслоений, трещин; трудоемкость процесса при возведении опалубки; необходимость в подогреве бетона, если строительство запланировано в холодное время года; в процессе застывания бетон требует дополнительного ухода. В 50-годах прошлого столетия в СССР для ускоренного развития народного хозяйства страны был взят курс на доминирующее применение сборного железобетона (Приложение строительная отрасль – Значительное внимание 23). Получает промышленность было уделено развитие сборного развитию новая железобетона. предварительно- напряженных и легкобетонных конструкций, были достигнуты результаты, превышающие мировые достижения. Именно в это время на карту РБ нанесены новые города: Новополоцк, Солигорск, Жодино, Светлогорск, Новолукомль, Белоозерск . Преимущества сборного железобетона: возможность заблаговременного заказа; изделия можно хранить на открытой площадке; на заводах производят изделия, цена которых всегда оправдана для срочного строительства; монтаж выполняется в минимальные сроки; для сборки нужен только кран; контроль качества работ упрощен; ответственность за качество железобетонных изделий несет производитель; возможность собрать целое здание из сборного железобетона. Недостатки сборного железобетона: на территории застройки необходима просторная площадка для складирования изделий; 15 стандартные типоразмеры элементов сковывают возможности архитекторов; нестандартные элементы стоят дорого. Ориентация в строительстве только на сборный железобетон неизбежно привела к отдельным нежелательным результатам: была заброшена кирпичная промышленность, ликвидированы предприятия по производству мелких блоков, не развивалась техника для транспортирования, укладки, уплотнения и выдерживания бетонной смеси в конструкции непосредственно на стройплощадке. В угоду конъюнктуре выбирались сборные варианты взамен монолитных даже там, где это было нерационально. В настоящее время монолитный бетон и сборно-монолитный железобетон вновь широко применяются в строительстве, в том числе при возведении многоэтажных зданий. 2.2. Основные свойства бетона Качество бетона характеризует комплекс показателей, отражающих физикомеханические, теплофизические, защитные, декоративные и другие свойства. К таким свойствам относят: 1. Класс бетона по характеризующая прочности качество – количественная бетона, величина, соответствующая его гарантированной прочности на осевое сжатие (100 МПа) 2. Марка бетона по морозостойкости – установленное нормами минимальное число циклов замораживания и оттаивания образцов бетона, испытанных по базовым методам, при которых сохраняются первоначальные физико-механические свойства в нормируемых пределах (50-1000 циклов) 3. Марка бетона по водонепроницаемости отвечает гарантированному значению давления воды, выдерживаемому бетоном без ее просачивания (2-20МПа) 4. Марка бетона по плотности – гарантированная объемная масса бетона в кг/м3 (500-2500 кг/м3) 16 До затвердевания бетон называют бетонной смесью. В практике производства бетонных работ для оценки свойств бетонной смеси используют технические характеристики: 1. Удобоукладываемость – способность бетонной смеси заполнять форму и образовывать в результате уплотнения плотную, однородную массу. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность, жесткость и связность смеси 2. Тиксотропия – свойство бетонной смеси разжижаться при механическом воздействии и вновь загустевать в спокойном состоянии. 2.3. Технологии развития бетона в 21 веке В 21 в. бетон получит развитие как один из основных материалов для строительства. Уже сегодня применяются более тысячи видов различных бетонов – от особо легких с плотностью 100 кг/м3 – до особо прочных с прочностью более 100 МПа – и большое разнообразие специальных бетонов с разными комплексами свойств. Процесс создания новых бетонов интенсивно продолжается. Бетон широко используется в жилищном, промышленном, транспортном, гидротехническом, энергетическом и других видах строительства. Сравнительная простота и доступность бетонной технологии, широкая возможность использовать местное сырье и вторичные отходы промышленности и энергетики, низкая энергопотребность производства, доступная стоимость и широкая возможность в воплощении самых разных архитектурно – строительных решений – все это является гарантией широкого применения бетона в строительстве. Сегодня под термином «бетон» подразумевают широкую гамму различных строительных композитов гидратационного и других видов твердения. Многообразие видов бетона обусловливает его успешное применение в условиях рыночной экономики и технического прогресса. В современных условиях бетоны становятся многокомпонентными, при их приготовлении широко используются химические модификаторы структуры 17 и свойств, активные минеральные ультрадисперсные компоненты и ряд других эффективных добавок. В строительстве наряду с традиционными обычными тяжелыми бетонами с прочностью 10 – 50 МПа для различных видов конструкций получают применение новые эффективные виды бетонов: высокопрочные бетоны, бетоны повышенной долговечности, безусадочные, расширяющиеся и напрягающие бетоны, бетоны, приготовленные из литых бетонных смесей, специальные бетоны, в том числе на новых композиционных вяжущих, новые виды легких бетонов и ряд других. Достижения строительного материаловедения позволили объединить в единый комплекс положительные свойства разных групп бетонов. Так появился новый класс бетонов – высококачественные бетоны. Высококачественные бетоны, приготавливаемые из высокоподвижных и литых бетонных смесей с ограниченным водосодержанием, имеют прочность на сжатие в возрасте двух суток 30 – 50 МПа, в возрасте 28 суток 60 – 150 МПА, морозостойкость F600 и выше, водонепроницаемость W12 и выше, водопоглощение менее 1−2 % по массе, истираемость не более 0,3−0,4 г/см2, регулируемые показатели деформативности, в том числе с компенсацией усадки в возрасте 14−28 суток естественного твердения, высокую газонепроницаемость. В реальных условиях прогнозируемый срок службы такого бетона превышает 200 лет. Возможно получение и супердолговечных бетонов со сроками службы до 500 лет, что подтверждается исследованиями японских ученых. Разработка специальных цементов для особо высокопрочных бетонов и новые технологии открывают принципиально новые возможности синтеза прочности. Уже первые опыты по оптимизации гранулометрического состава вяжущих в начале 70-х годов выявили значительные резервы снижения водоцементного отношения и интенсификации реакций гидратации. На основе новых видов вяжущих и модификаторов получат распространение особо быстротвердеющие бетоны с прочностью через 3-4 18 часа 40 – 50 МПа и выше, что обеспечит значительную экономию энергоресурсов в строительстве, бетоны, твердеющие при отрицательной температуре до - 300C, бетоны со специальными свойствами: защитные, электротехнические, антибактерицидные, жаростойкие и др. Увеличивая разнообразие и объемы применения П-бетонов, в которых сочетание минеральной и органической структур открывает возможности получения материалов с самыми различными свойствами и назначением. Для получения полимер-цементных полимерными бетонов, заполнителями, для бетонополимеров наполнителями и и бетонов волокнами с будут использованы новые мономеры и полимеры, новые вяжущие и композиции составляющих, новые технологии получения материалов. С целью ресурсосбережения и улучшения теплотехнических свойств материала получат большое развитие воздухонаполненные бетоны и изделия. При этом будет увеличиваться степень воздухонаполнения и повышаться качество материалов. Ячеистые бетоны различных способов получения, легкие бетоны на пористых заполнителях, в том числе безобжиговых и полимерных, изделия с сотовой и другими системами сложения дадут возможность использовать более совершенные технологии изготовления, большее разнообразие и многокомпонентность состава и сырья. Ярким примером развития технического прогресса являются бетоны на цементах (вяжущих) низкой водопотребности (ЦНВ, ВНВ). ЦНВ получают по специальной технологии совместным помолом ингредиентов: клинкера или готового портландцемента и сухого модификатора, а также при необходимости активной минеральной добавки (золы-уноса, пуццоланы, шлака и т. п.) и/или наполнителя, а также гипсового камня (гипса). Механохимическая обработка позволяет усилить полезные свойства компонентов комплексного вяжущего: прочность цемента возрастает на 2−3 марки, а пластифицирующий эффект органического компонента модификатора увеличивается примерно в два раза. На практике 19 это приводит к снижению водосодержания изопластичных бетонных смесей до 120−135 л/м3 и В/Ц до 0,25 -0,30 для подвижных смесей и до 0,20−0,25 — для жестких. Заметным преимуществом применения бетонов на ЦНВ является снижение температуры изотермического прогрева или полный отказ от тепловой обработки. Наряду с этим эффективность использования ЦНВ обусловлена снижением расхода вяжущего при изготовлении 1 м³ равнопрочных бетонов. Особенность ЦНВ – многовариантность составов и соответственно свойств вяжущих, дающая возможность наиболее полно реализовать потенциал портландцементного клинкера в зависимости от конкретных требований, предъявляемых технологией производства и условиями эксплуатации бетонных и железобетонных изделий и конструкций. Важно при этом подчеркнуть, что все бетоны на ЦНВ отличаются значительно меньшей энергоемкостью, а с экологической точки зрения новая технология позволяет почти вдвое сократить выбросы промышленных газов в цементной промышленности и вовлечь в производство огромное количество разнообразных техногенных отходов. 2.4. Характеристика основных новых видов бетона Газосиликатный бетон Газосиликатные бетоны (Приложение 24) – это бетоны: 1. В состав которых, кроме наполнителя (кварцевого песка с ограниченным содержанием примесей, воды с регламентированной жесткостью), в качестве вяжущего компонента входит известковоцементный раствор, а в качестве порообразователя – алюминиевых паст или порошков 2. В которых порообразование происходит за счет возникновения в процессе перемешивания жидкой смеси водорода, насыщающего готовую массу пузырьками; в результате, затвердевший материал 20 имеет множество мелких, равномерно распределенных пор одинакового размера и правильной формы; 3. Твердение которых производится в автоклавах при давлении от 8 до 12 атмосфер и при температуре около 200ºС, что позволяет полностью связать активный алюминий, исключив возможность его влияния на окружающую среду. Недостатки: высокое водопоглощение, что ограничивает использование блоков из газосиликатного бетона в помещениях с влажностью выше 60%. Поэтому для устройства из газосиликатных блоков наружных стен в районах с влажным климатом, перегородок в помещениях сантехнического назначения, необходима специальная отделка; относительно невысокая термостойкость газосиликатных блоков, которые не могут использоваться при температурах выше 400ºС; невозможность получения газосиликатного бетона в построечных условиях для использования его для теплоизоляции строительных конструкций. Преимущества: плотность газосиликатных блоков оказывается ниже, что говорит об их меньшей теплопроводности и соответственно о меньшей толщине стены, необходимой в конкретных климатических условиях; при одинаковой плотности и теплопроводности, прочность газосиликатных блоков будет выше. Кислотостойкий бетон Кислотостойкие бетоны (Приложение 25) обычно получают, используя в качестве связующего так называемое растворимое стекло – высоковязкий водный раствор силикатов натрия или калия с высоким силикатным модулем. Заполнители для таких бетонов должны обладать растворимостью в кислотах максимум 1 % по массе, что, прежде минералогическим составом и структурой. всего, определяется их Как правило, используют 21 плотные кварц, базальт или порфир, причем в отличие от цементных бетонов повышение доли тончайших фракций сказывается в высшей степени позитивно. Именно поэтому заполнители обычно содержат около 30 % частиц с крупностью меньше 0,25 мм. Растворимое стекло вводится при приготовлении бетона в количествах, необходимых для обеспечения нормальной удобоукладываемости (около 12%). Иногда применяют порошкообразные отвердители для ускорения созревания (чаще всего фторсиликат натрия) и пластификаторы, поскольку перемешивание и уплотнение бетонных смесей весьма трудоемко. Применяют для сооружения кислотостойких полов. Цементно-полимерный бетон Цементно-полимерные бетоны (Приложение 26) – это цементные бетоны с добавками различных высокомолекулярных органических соединений в виде водных дисперсий полимеров или водорастворимых коллоидов. Добавки вводят в бетонную смесь при ее приготовлении. Использование в бетоне полимеров позволяет изменять его структуру и свойства в нужном направлении, улучшать технико-экономические показатели материала. В мировой практике для таких бетонов начали употреблять термин «Пбетоны». Цементно-полимерные бетоны характеризуются наличием двух активных составляющих: минерального вяжущего и органического вещества. Вяжущее вещество с водой образует цементный камень, склеивающий частицы заполнителя в монолит. Полимер по мере удаления воды из бетона образует на поверхности пор, капилляров, зерен цемента и заполнителя тонкую пленку, которая обладает хорошей адгезией и способствует повышению сцепления между заполнителем и цементным камнем, улучшает монолитность бетона и работу минерального скелета под нагрузкой. В результате цементно-полимерный бетон приобретает особые свойства: повышенную по сравнению с обычным бетоном прочность на растяжение и изгиб, более высокую морозостойкость, хорошие адгезионные свойства, 22 высокую износостойкость, непроницаемость. В то же время особенности полимерной составляющей определяют и другие особенности цементнополимерного бетона, в ряде случаев несколько повышенную деформативность, снижение показателей прочности при водном хранении. Наиболее распространенными добавками полимеров в цементные бетоны являются поливинилацетат (ПВА), латексы и водорастворимые смолы. Наиболее целесообразно применять эти бетоны для тех конструкций и изделий, где можно использовать особенности их свойств, например для полов, дорог, отделочных составов, коррозионно-стойких покрытий. Фибробетон Фибробетон (Придожение 27) – это бетон, армированный дисперсными волокнами (фибрами). Фибробетон обладает повышенной трещиностойкостью, прочностью на растяжение, ударной вязкостью, сопротивлением истираемости. Для армирования бетона применяют различные металлические и неметаллические волокна. В качестве фибр обычно применяют тонкую проволоку диаметром 0,1…0,5 мм, стеклянные волокна, базальтовые, асбестовые и др. Однако стекло быстро разрушается под действием щелочной предусматривать применение среды цемента, вяжущих поэтому веществ или необходимо специальных мероприятий, предохраняющих разрушение стеклянных волокон в бетоне от коррозии. К этим мероприятиям можно отнести использование в бетоне глиноземистого цемента, добавки в бетон, связывающие щелочи, пропитку бетона полимером. Асбестовые волокна обладают рядом ценных свойств: высокой прочностью и огнестойкостью, стойкостью к агрессивным воздействиям щелочей, долговечностью. Материалы, армированные асбестовыми волокнами, получили название асбестоцемента. Используется фибробетон для производства тонкостенных изделий, подвергающихся ударам или отделки элементов фасада. 23 Стальными или неметаллическими волокнами армируют, как правило, мелкозернистые бетоны, иногда цементный камень. Эффективность применения волокон в бетоне зависит от их содержания и расстояния между отдельными волокнами. Дисперсное армирование обычно достаточно эффективно приостанавливает развитие волосяных трещин лишь при расстоянии между различными волокнами не более 10 мм, поэтому применение в бетоне крупного заполнителя, не позволяющего расположить дисперсные волокна достаточно близко друг к другу, снижает эффективность подобного армирования. Декоративный бетон Декоративный бетон (Приложение 28) готовят, используя белые и цветные цементы и специальные заполнители. В зависимости от состава и назначения декоративные бетоны можно подразделить на цветные бетоны и бетоны, имитирующие природные камни или сами по себе обладающие особо выразительной структурой. При необходимости поверхность бетона подвергают специальной обработке, чтобы получить ее выразительную декоративную фактуру. Пластичность бетонной смеси позволяет придавать бетонным изделиям различную конфигурацию, формовать изделия с рельефной поверхностью, изготовлять различные декоративные элементы зданий и сооружений. Пигменты позволяют получить широкую гамму цветов от красного. (оксид железа) и зеленого (оксид хрома) до фиолетового (оксид марганца) и черного (перекись марганца). К белым пигментам относится мел или известняк, к черным – сажа, к желтым – охра, представляющая собой смесь белой глины (каолина) с оксидом железа. Применяя смешанные пигменты, можно получить бетоны разной расцветки. В последнее время появились различные органические пигменты и красители (анилиновые и др.), которые дают интенсивное окрашивание 24 бетона при введении их в количестве всего 0,1 … 0,2% массы цемента и отличаются высокой свето- и щелочестойкостью. Для получения достаточной плотности и хорошей цветовой выразительности поверхности бетона по сравнению с обычным бетоном несколько повышают расход цемента. Расход воды в цветных бетонах определяют предварительными испытаниями и затем постоянно контролируют, так как даже небольшие отклонения в расходе воды влекут за собой заметные изменения цвета бетона. Для формования изделий из цветных бетонов используют пластичные достаточно жирные бетонные смеси, которые хорошо формуются и менее подвержены расслоению. Для сокращения расхода воды и цемента и повышения долговечности изделий используют пластификаторы и суперпластификаторы, а также комплексные добавки на их основе. Для повышения долговечности материала и борьбы с высолами, которые могут появляться на поверхности цветных бетонов применяют гидрофобизаторы, тонкомолотые добавки, способствующие связыванию гидрата оксида кальция, выделяющегося при твердении цемента, или пропитывают цветные бетоны полимерами. Для получения равномерной окраски бетона используют специальные добавкивыравниватели (ОП-7 и др.). При изготовлении изделий с использованием цветных и декоративных бетонов часто применяют слоистые конструкции, в которых верхний лицевой слой выполняется из цветного или декоративного бетона, а основные несущие слои конструкции – из обычного бетона. Это позволяет сократить расход цветных и декоративных бетонов при изготовлении ограждающих конструкций зданий, облицовочных и тротуарных плит и др. Широкое применение декоративных бетонов предусматривается в перспективных планах развития сборных железобетонных изделий и конструкций. 25 Нанобетон Казалось бы, что можно придумать нового в производстве бетона в ближайшие годы, ведь им строители пользуются уже не одну сотню лет. Последние десятилетия большинство новшеств при приготовлении бетонной смеси сводились в основном к добавке различных пластификаторов, улучшающих эксплуатационные водонепроницаемость, длительный качества срок бетона: морозостойкость, эксплуатации. К тому же, пластификаторы уменьшают потребность в количестве вяжущего материала и улучшают подвижность раствора. В нанобетоне обычные пластификаторы заменены на микроскопические полые трубки диаметром в несколько микрон. При взаимодействии с цементом трубки кристаллизируются, армируя бетонную смесь до получения новой структуры. По своим характеристикам он ушел на шаг вперед о своих «собратьев». Основные характеристики нанобетона: не изменяет свои характеристики при температуре +8000С увеличение прочности на 150% увеличение морозостойкости на 50 % трубки в составе бетона при взаимодействии с кислородом выделяют бактерицидный атомарный кислород уменьшает вес бетонных конструкций в шесть раз нанотрубки в бетоне позволяют снизить количество металла для армирования конструкций улучшенное сцепление с металлом для зданий из нанобетона требуется менее прочный фундамент, чем обычно, а это экономия строительных материалов Все эти характеристики позволяют использовать нанобетон (Приложение 29) для строительства зданий высотой до 74 м. 26 Самоуплотняющийся бетон Особый интерес представляют собой самоуплотняющиеся бетоны (СУБ). СУБ повышает производительность в бетонном строительстве, он вносит значительные преимущества в отношении экологического аспекта строительства. Главным отличием СУБ от обычного бетона является его исключительная способность вмешательства за счет к деформации поликарбоксилата. без механического Поликарбоксилат – высокоэффективный комплексный химический модификатор. Принцип его работы заключается в том, что поликарбоксилаты адсорбируются на поверхности цементных зерен и сообщают им отрицательный заряд. В результате этого цементные зерна взаимно отталкиваются и приводят в движение цементный раствор и минеральные составляющие бетона. Высокая деформативность и устойчивость позволяет СУБ свободно проходить через густое армирование и заполнять формы под собственным весом без вибраций. Считают, что физико-механические свойства затвердевшего СУБ такие же, как и у обычного бетона, с тем же водо-вяжущим отношением, но при этом СУБ обладает более высокими характеристиками, такими как прочность и долговечность. Улучшение производственных условий, ускорение процесса строительства, снижение необходимости в ремонте бетонных конструкций, повышение заводской готовности железобетонных изделий и увеличение общей производительности труда являются неотъемлемыми преимуществами технологии самоуплотняющегося бетона. (Приложение 30) Радиоэкранирующий бетон Развитие атомной энергетики и необходимость надежной защиты персонала и окружающей среды от радиоактивного излучения дали мощный стимул совершенствованию технологии бетона и созданию радиоэкранирующих бетонов (Приложение 31). Защитное экранирование – 27 главное средство, с помощью которого можно максимально снизить дозу, а бетон сегодня – наиболее широко применяемый экранирующий материал. Обычный бетон, хорошо поглощая γ - лучи, плохо поглощает нейтроны. Бетоны, изготавливаемые с применением тяжелых заполнителей (магнетита, лимонита, барита, металлического скрапа) с добавкой соединений бора (карбид бора), кадмия (сернокислый кадмий) и других веществ, хорошо поглощают нейтроны. Химически связанная вода является хорошим поглотителем нейтронов и ее наличие в тяжелых заполнителях либо в цементном камне в связанном виде является положительным фактором. Большое значение для защитных от радиоактивных излучений бетонов имеет вид вяжущего. Лучшим вяжущим веществом является порошок каустического магнезита, затворенный сернокислым или хлористым барием, который при твердении связывает больше воды, чем портландцемент. В гидратных бетонах для максимального увеличения содержания в бетоне связной воды в качестве вяжущего применяют глиноземистый цемент, а заполнителями служат лимонит и серпентинит. Наиболее существенными требованиями к радиоэкранирующим бетонам являются высокая плотность, однородность, стойкость при воздействии радиоактивного флюэнса, в том числе стойкость к тепловым воздействиям, газонепроницаемость. При производстве бетонных работ необходимо соблюдать следующие условия: время перемешивания бетонной смеси в бетоносмесителе должно составлять не более 2 мин; объем замеса бетоносмесителя уменьшается обратно пропорционально плотности бетона; для уплотнения бетонной смеси следует применять только вибраторы. 28 3. Заключение В целом поставленные задачи решены. Бетон в прошлом внес свой вклад в строительство, в настоящее время востребован и в будущем имеет много возможностей. Прогресс никогда не стоит на месте. То, что вчера называлось передовым, сегодня стало современным, а завтра уже устареет. Это относится и к бетону, поэтому строителям нужно следить за его развитием, осваивать передовые технологии. При выполнении работы было выяснено, что более ста лет бетон и железобетон сопутствуют развитию архитектуры. За это время они прошли стадии повторения в традиционных формах использования в разных по значимости конструктивных элементах и в соединениях с другими строительными материалами. По мере их освоения менялось отношение к их конструкционным и декоративным свойствам. В ходе работы мы выяснили, что бетон был известен еще в глубокой древности, однако потом его рецепт был утерян. Стало также ясно, что в древности люди использовали его исключительно как дорогой и особо ценный материал. Из него возводили только значимые постройки, но после своего «возрождения», он стал использоваться, в основном, как утилитарный, легкодоступный и недорогой материал, хотя всё-таки примеры его первоклассного применения можно также найти. Что же касается его будущего, то этот материал очень перспективен и методы его совершенствования могут быть различными, что делает его только «могущественней». Уникальность достоинств бетона - практически повсеместная доступность компонентов, экономичность, долговечность, возможность повторного использования и легкая перерабатываемость сделали его наиболее широко применяемым строительным материалом в мире. И в ближайшем будущем, по прогнозам, он будет превалировать среди материалов, идущих на создание новой и поддержание существующей мировой инфраструктуры. 29 4. Список использованных источников 1. Кочетов, В.А. Римский бетон – из истории строительства и строительных технологий Древнего Рима / В.А. Кочетов, Москва,1991 2. Дорофеев, В. Возможности бетона // Техника молодежи – 2003, № 4 3. Пирожников, Л.Б. Занимательно о бетоне / Л.Б. Пирожков, Москва, 1986 4. Стаценко, А.С. Технология бетонных работ / А.С. Стаценко, Минск, 2007 5. Кишиневская, Е. В. Перспективы применения нанобетона в монолитных большепролетных ребристых перекрытиях с постнапряжением / Е.В. Кишиневская, Н.И. Ватин, В.Д. Кузнецов // Инженерно-строительный журнал – 2009, № 2 6. Весь бетон: материалы сайта http://www.allbeton.ru/article/279/13.html 7. Конференция «Бетон и железобетон-взгляд в будущее», 2014 [Электронный ресурс]. - URL: http://concrete2014.mgsu.ru 8. Сайт союза производителей бетона [Электронный ресурс]. - 2014. URL: http://www.concrete union.ru/articles/index.php?ELEMENT_ID=13039 9. Трамбовецкий, В. П. Новые подходы к технологии бетона и перспективы её развития // Технологии бетонов – 2013, № 4 30 5. Приложения ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ГЛИНОБИТНЫЕ ДОМА ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ЗИККУРАТ МЕСОПОТАМИИ 31 ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ХИЖИНА С БЕТОННЫМ ПОЛОМ ПРИЛОЖЕНИЕ 4 ВОЗВЕДЕНИЕ ФУНДАМЕНТА В ТРАНШЕЕ 32 ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ГРОБНИЦА ТЕВЕ ПРИЛОЖЕНИЕ 6 ЕГИПЕТСКИЕ ЛАБИРИНТЫ 33 ПРИЛОЖЕНИЕ 7 ЕГИПЕТСКИЕ ПИРАМИДЫ ПРИЛОЖЕНИЕ 8 ВЕЛИКАЯ КИТАЙСКАЯ СТЕНА 34 ПРИЛОЖЕНИЕ 9 ДВОРЕЦ ЦАРЯ АТАЛЛА ПРИЛОЖЕНИЕ 10 ПОМПЕИ 35 ПРИЛОЖЕНИЕ 11 МОСТ КАЛИГУЛЫ ПРИЛОЖЕНИЕ 12 РИМСКИЕ ДОРОГИ 36 ПРИЛОЖЕНИЕ 13 ИНСУЛЛА – МНОГОЭТАЖНЫЙ ДОМ ПРИЛОЖЕНИЕ 14 РИМСКИЙ КОЛИЗЕЙ 37 ПРИЛОЖЕНИЕ 15 СХЕМА ПРИМЕНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОДНОЙ ИЗ ПОВТОРЯЮЩИХСЯ РАДИАЛЬНЫХ СТЕН КОЛИЗЕЯ А – мраморные сиденья В – арка из травертина С – наклонный свод из пемзобетона Д – столб из травертина Е – стена из туфобетона, облицованная кирпичом F – столб из травертина G – бетонная арка H – стена из туфа K – кирпичные арки ПРИЛОЖЕНИЕ 16 ПАНТЕОН – ХРАМ, ПОСВЯЩЕННЫЙ ВСЕМ БОГАМ 38 ПРИЛОЖЕНИЕ 17 РИМСКИЙ ИМПЕРАТОР АДРИАН ПРИЛОЖЕНИЕ 18 ТРЕХПРОЛЕТНАЯ АРКА КОНСТАНТИНА 39 ПРИЛОЖЕНИЕ 19 СОФИЙСКИЙ СОБОР ПРИЛОЖЕНИЕ 20 ПРИЛОЖЕНИЕ 21 ДЖОН АСПДИН ДЖОЗЕФ МОНЬЕ 40 ПРИЛОЖЕНИЕ 22 АВТОБЕТОНОСМЕСИТЕЛЬ ПРИЛОЖЕНИЕ 23 СБОРНЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН 41 ПРИЛОЖЕНИЕ 24 ГАЗОСИЛИКАТНЫЙ БЕТОН ПРИЛОЖЕНИЕ 25 КИСЛОСТОЙКИЕ ПОЛЫ 42 ПРИЛОЖЕНИЕ 26 П- БЕТОННАЯ ДОРОГА ПРИЛОЖЕНИЕ 27 ФИБРОБЕТОН В ОТДЕЛКЕ ФАСАДА 43 ПРИЛОЖЕНИЕ 28 ДЕКОРАТИВНЫЙ БЕТОН ПРИЛОЖЕНИЕ 29 ПРИМЕНЕНИЕ НАНОБЕТОНА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ 44 ПРИЛОЖЕНИЕ 30 ПРИМЕНЕНИЕ САМОУПЛОТНЯЮЩЕГОСЯ БЕТОНА ПРИЛОЖЕНИЕ 31 РАДИОЭКРАНИРУЮЩАЯ ПАНЕЛЬ 45 46
