Конкретный

Внешний вид Римского Пантеона , завершенного 128 г. н.э., является крупнейшим неармированным бетонным куполом в мире. ^[1]

Интерьер купола Пантеона, вид снизу. Бетон для кессонного купола укладывался на формы, смонтированные на временных лесах.

Opus caementicium в характерной римской арке. В отличие от современных бетонных конструкций, бетон, используемый в римских зданиях, обычно был облицован кирпичом или камнем.

Бетон - это композитный материал, состоящий из мелкого и крупного заполнителя, связанных вместе с жидким цементом (цементной пастой), который со временем затвердевает (затвердевает). В прошлом цементные вяжущие на основе извести , такие как известковая замазка, часто использовались, но иногда с другими гидравлическими цементами , такими как алюминатный цемент или портландцемент, для образования портландцементного бетона (названного из-за его визуального сходства с портланд-камнем ). ^{[2] [3]} Существуют многие другие нецементирующие типы бетона с другими методами связывания заполнителя, в том числеасфальтобетон с битумным вяжущим, который часто используется для дорожных покрытий , и полимербетон, в котором в качестве вяжущего используются полимеры.

Когда заполнитель смешивается с сухим портландцементом и водой , смесь образует жидкую суспензию, которую легко разлить и придать ей нужную форму. Цемент вступает в реакцию с водой и другими ингредиентами, образуя твердую матрицу, которая связывает материалы вместе в прочный камнеобразный материал, который имеет множество применений. ^[4] Часто в смесь добавляют добавки (такие как пуццоланы или суперпластификаторы ) для улучшения физических свойств влажной смеси или готового материала. Большая часть бетона заливается армирующими материалами (такими как арматура ), заделанными для обеспечения прочности на растяжение , в результате чего получается железобетон .

Поскольку бетон затвердевает (что отличается от высыхания), то, как обращаться с бетоном после его заливки, так же важно, как и раньше. ^[5]

Бетон - один из наиболее часто используемых строительных материалов. Его использование во всем мире, тонна на тонну, в два раза больше, чем у стали, дерева, пластика и алюминия вместе взятых. ^[6] Согласно прогнозам, к 2025 году выручка от производства товарных бетонных смесей, крупнейшего сегмента рынка бетона, превысит 600 миллиардов долларов. ^[7]

Бетон отличается от раствора . В то время как бетон сам по себе является строительным материалом, раствор - это связующее, которое обычно скрепляет кирпичи , плитку и другие элементы кладки. ^[8]

Этимология [ править ]

Слово «конкретный» происходит от латинского слова « concretus » (что означает компактный или сжатый) ^[9], совершенного пассивного причастия « concrescere », от « con -» (вместе) и « crescere » (расти).

История [ править ]

Древние времена [ править ]

Бетон майя на руинах Ушмаля упоминается в «Путешествиях по Юкатану » Джона Л. Стивенса . «Крыша плоская, залита цементом». «Полы были цементные, местами твердые, но из-за длительного воздействия сломались и теперь крошатся под ногами». «Но вся стена была прочной и состояла из больших камней, утопленных в известковом растворе, почти твердой, как скала».

Мелкосерийное производство материалов, похожих на бетон, было впервые предложено набатейскими торговцами, которые оккупировали и контролировали ряд оазисов и создали небольшую империю в регионах южной Сирии и северной Иордании с 4 века до нашей эры. К 700 году до нашей эры они открыли преимущества гидравлической извести , обладающей некоторыми свойствами самофиксации. Они построили печи для приготовления раствора для строительства домов из кирпичной кладки , бетонных полов и подземных водонепроницаемых цистерн . Они держали цистерны в секрете, поскольку они позволяли набатейцам процветать в пустыне. ^[10] Некоторые из этих построек сохранились до наших дней. ^[10]

Классическая эпоха [ править ]

В древнеегипетскую и более позднюю римскую эпоху строители обнаружили, что добавление вулканического пепла в смесь позволяло ей затвердеть под водой.

Бетонные полы были найдены в королевском дворце Тиринфа в Греции, который датируется примерно 1400–1200 годами до нашей эры. ^{[11] [12]} Известковые растворы использовались в Греции, на Крите и на Кипре в 800 г. до н.э. В ассирийском акведуке Джерван (688 г. до н.э.) использовался водостойкий бетон . ^[13] Бетон использовался для строительства многих древних построек. ^[14]

Римляне широко использовали бетон с 300 г. до н.э. до 476 г. н.э. ^[15] Во времена Римской империи римский бетон (или opus caementicium ) изготавливали из негашеной извести , пуццоланы и агрегата пемзы . Его широкое использование во многих римских постройках , ключевое событие в истории архитектуры, названное римской архитектурной революцией , освободило римское строительство от ограничений каменных и кирпичных материалов. Это позволило создать революционные конструкции с точки зрения как структурной сложности, так и размеров. ^[16] Колизейв Риме был построен в основном из бетона, а бетонный купол Пантеона является крупнейшим в мире неармированным бетонным куполом. ^[17]

Бетон, как его знали римляне, был новым и революционным материалом. Построенный в форме арок , сводов и куполов , он быстро превратился в твердую массу, свободную от многих внутренних толчков и напряжений, которые беспокоили строителей подобных сооружений из камня или кирпича. ^[18]

Современные испытания показывают, что opus caementicium имеет такую ​​же прочность на сжатие, как и современный портландцементный бетон (около 200 кг / см ²  [20 МПа; 2800 фунтов на кв. Дюйм]). ^[19] Однако из-за отсутствия арматуры его прочность на растяжение была намного ниже, чем у современного железобетона , и его способ применения также отличался: ^[20]

Современный конструкционный бетон отличается от римского бетона двумя важными деталями. Во-первых, консистенция смеси является текучей и однородной, что позволяет разливать ее в формы, а не требует ручного наслаивания вместе с укладкой заполнителя, который в римской практике часто состоял из щебня . Во-вторых, встроенная арматурная сталь придает современным бетонным узлам большую прочность на растяжение, тогда как римский бетон мог зависеть только от прочности сцепления бетона, чтобы противостоять растяжению. ^[21]

Было обнаружено, что долговечность римских бетонных конструкций связана с использованием пирокластических (вулканических) пород и пепла, в результате чего кристаллизуется стратлингит (особый и сложный гидрат алюмосиликата кальция) ^[22] и слияние этого и Подобные цементирующие вяжущие вещества из кальция, силиката алюминия и гидрата помогли придать бетону большую степень сопротивления разрушению даже в сейсмически активных средах. ^[23] Римский бетон значительно более устойчив к эрозии морской водой, чем современный бетон; в нем использовались пирокластические материалы, которые реагируют с морской водой с образованием кристаллов альтоберморита с течением времени. ^{[24] [25]}

Благодаря широкому использованию бетона во многих римских постройках многие из них сохранились до наших дней. В термы Каракаллы в Риме только один пример. Многие римские акведуки и мосты, такие как великолепный Пон-дю-Гар на юге Франции, имеют каменную кладку на бетонном ядре, как и купол Пантеона .

После распада Римской империи использование бетона стало редкостью, пока технология не была переработана в середине 18 века. Во всем мире бетон по тоннажу используемого материала обогнал сталь. ^[26]

Средневековье [ править ]

После Римской империи использование обожженной извести и пуццолана значительно сократилось. Низкие температуры обжига извести, отсутствие пуццолана и плохое перемешивание способствовали снижению качества бетона и раствора. С 11 века более широкое использование камня в строительстве церквей и замков привело к увеличению спроса на раствор. Качество начало улучшаться в 12 веке за счет улучшения измельчения и просеивания. Средневековые известковые растворы и бетоны были негидравлическими и использовались для связывания кладки, «сердечника» (связывания ядер кладки из щебня ) и фундаментов. Варфоломей Англиканский в его De proprietatibus rerum(1240) описывает изготовление строительного раствора. В английском переводе 1397 года это звучит так: «Лайм ... это каменная смола; путем смешивания ее с зондом и водным цементом получают». С 14 века качество строительного раствора снова было отличным, но только с 17 века пуццолана была широко добавлена. ^[27]

Канал дю Миди был построен с использованием бетона в 1670 году ^[28]

Индустриальная эпоха [ править ]

Возможно, самым большим шагом вперед в современном использовании бетона была башня Смитона , построенная британским инженером Джоном Смитоном в Девоне, Англия, между 1756 и 1759 годами. Этот третий маяк Эддистоуна впервые применил гидравлическую известь в бетоне с использованием гальки и порошкового кирпича в качестве совокупный. ^[29]

Метод производства портландцемента был разработан в Англии и запатентован Джозефом Аспдином в 1824 году. ^[30] Аспдин выбрал название из-за его сходства с портландским камнем , который добывался на острове Портленд в Дорсете , Англия. Его сын Уильям продолжил разработки до 1840-х годов, что принесло ему признание за разработку «современного» портландцемента. ^[31]

Железобетон был изобретен в 1849 году Джозефом Монье . ^[32], а первый железобетонный дом был построен Франсуа Куанье ^[33] в 1853 году. Первый железобетонный мост был спроектирован и построен Жозефом Монье в 1875 году. ^[34]

Состав [ править ]

Бетон - это композитный материал, содержащий матрицу из заполнителя (обычно каменный материал) и связующее (обычно портландцемент или асфальт ), которое удерживает матрицу вместе. Доступны многие типы бетона , определяемые составом вяжущих и типами заполнителя, которые подходят для области применения материала. Эти переменные определяют прочность и плотность, а также химическую и термическую стойкость готового продукта.

Заполнитель состоит из больших кусков материала в бетонной смеси, как правило, из крупного гравия или дробленых пород, таких как известняк или гранит , а также из более мелких материалов, таких как песок .

Цемент , чаще всего портландцемент, является наиболее распространенным вяжущим для бетона. Для цементирующих вяжущих вода смешивается с сухим порошком и заполнителем, в результате чего образуется полужидкая суспензия, которой можно придать форму, обычно путем заливки ее в форму. Бетон затвердевает и затвердевает в результате химического процесса, называемого гидратацией . Вода вступает в реакцию с цементом, который связывает другие компоненты вместе, образуя прочный камнеобразный материал. Иногда добавляют другие вяжущие материалы, такие как зола-унос и шлаковый цемент - либо предварительно смешанные с цементом, либо непосредственно в качестве бетонного компонента, - и они становятся частью связующего для заполнителя. ^[35]Летучая зола и шлак могут улучшить некоторые свойства бетона, такие как свежесть и долговечность. ^[35]

Добавки добавляются для изменения скорости отверждения или свойств материала. Минеральные добавки используют переработанные материалы в качестве ингредиентов бетона. Среди заметных материалов - летучая зола , побочный продукт угольных электростанций ; измельченный гранулированный доменный шлак , побочный продукт сталеплавильного производства ; и микрокремнезем , побочный продукт промышленных электродуговых печей .

Конструкции из портландцементного бетона обычно включают стальную арматуру, потому что этот тип бетона может иметь высокую прочность на сжатие , но всегда имеет более низкую прочность на разрыв . Поэтому его обычно армируют прочными на растяжение материалами, как правило, стальной арматурой .

В качестве связующего для бетона можно использовать и другие материалы: наиболее распространенной альтернативой является асфальт , который используется в качестве связующего в асфальтобетоне .

Дизайн смеси зависит от типа возводимой конструкции, от того, как бетон смешивается и доставляется, а также от того, как он размещается для формирования конструкции.

Цемент [ править ]

Портландцемент - самый распространенный тип цемента общего назначения. Это основной ингредиент бетона, раствора и многих штукатурок . Британский каменщик Джозеф Аспдин запатентовал портландцемент в 1824 году. Он был назван из-за сходства цвета с портлендским известняком , добываемым на английском острове Портленд и широко используемым в лондонской архитектуре. Он состоит из смеси силикатов кальция ( алит , белит ), алюминатов и ферритов - соединений, которые объединяют кальций, кремний, алюминий и железо в формах, которые будут реагировать с водой. Портландцемент и аналогичные материалы производятся путем нагрева.известняк (источник кальция) с глиной или сланцем (источник кремния, алюминия и железа) и измельчение этого продукта (называемого клинкером ) с источником сульфата (чаще всего гипсом ).

В современных цементных печах используется множество передовых функций для снижения расхода топлива на тонну производимого клинкера. Цементные печи - это чрезвычайно большие, сложные и по своей природе пыльные промышленные установки, выбросы которых необходимо контролировать. Из различных ингредиентов, используемых для производства определенного количества бетона, цемент является наиболее энергетически дорогим. Даже сложные и эффективные печи требуют от 3,3 до 3,6 гигаджоулей энергии для производства тонны клинкера, а затем измельчения его в цемент . Многие печи можно заправлять трудно утилизируемыми отходами, наиболее распространенными из которых являются старые шины. Чрезвычайно высокие температуры и длительные периоды времени при этих температурах позволяют цементным печам эффективно и полностью сжигать даже трудные в использовании виды топлива. ^[36]

Вода [ править ]

При смешивании воды с вяжущим материалом в процессе гидратации образуется цементное тесто. Цементная паста склеивает заполнитель, заполняет пустоты внутри и делает его более свободным. ^[37]

Согласно закону Абрамса , более низкое соотношение воды и цемента дает более прочный и долговечный бетон, тогда как большее количество воды дает более текучий бетон с более высокой осадкой . ^[38] Загрязненная вода, используемая для изготовления бетона, может вызвать проблемы при схватывании или преждевременном разрушении конструкции. ^[39] Гидратация включает в себя множество реакций, часто протекающих одновременно. По мере протекания реакций продукты процесса гидратации цемента постепенно связывают отдельные частицы песка и гравия и другие компоненты бетона с образованием твердой массы. ^[40]

Реакция: ^[40]

Обозначение химика цемента : C ₃ S + H → CSH + CH

Стандартные обозначения: Ca ₃ SiO ₅ + H ₂ O → (CaO) · (SiO ₂ ) · (H ₂ O) (гель) + Ca (OH) _2.

Сбалансированный: 2Ca ₃ SiO ₅ + 7H ₂ O → 3 (CaO) · 2 (SiO ₂ ) · 4 (H ₂ O) (гель) + 3Ca (OH) ₂ (приблизительно; точное соотношение CaO, SiO ₂ и H ₂ O в CSH может варьироваться)

Агрегаты [ править ]

Основу бетонной смеси составляют мелкие и крупные заполнители. В основном для этого используют песок , природный гравий и щебень . Переработанные заполнители (отходы строительства, сноса и земляных работ) все чаще используются в качестве частичной замены природных заполнителей, в то время как ряд промышленных заполнителей, в том числе доменный шлак с воздушным охлаждением и зольный остаток , также разрешен.

Гранулометрический состав заполнителя определяет необходимое количество связующего. Заполнитель с очень равномерным распределением по размерам имеет самые большие промежутки, тогда как добавление заполнителя с более мелкими частицами имеет тенденцию заполнять эти промежутки. Связующее должно заполнять зазоры между заполнителем, а также склеивать поверхности заполнителя вместе и обычно является самым дорогим компонентом. Таким образом, изменение размеров заполнителя снижает стоимость бетона. ^[41] Заполнитель почти всегда прочнее связующего, поэтому его использование не влияет отрицательно на прочность бетона.

Перераспределение агрегатов после уплотнения часто создает неоднородность из-за влияния вибрации. Это может привести к градиентам прочности. ^[42]

Декоративные камни, такие как кварцит , мелкие речные камни или битое стекло, иногда добавляют на поверхность бетона для декоративной отделки «необработанным заполнителем», популярной среди ландшафтных дизайнеров.

Подкрепление [ править ]

Бетон прочен на сжатие , так как заполнитель эффективно переносит сжимающую нагрузку. Однако он имеет слабое растяжение, так как цемент, удерживающий заполнитель на месте, может треснуть, что приведет к разрушению конструкции. В армированный бетон добавляются стальные арматурные стержни , стальные волокна , арамидные волокна, углеродные волокна , стекловолокна или пластиковые волокна для восприятия растягивающих нагрузок .

Добавки [ править ]

Добавки - это материалы в форме порошка или жидкостей, которые добавляются к бетону для придания ему определенных характеристик, недостижимых с обычными бетонными смесями. Добавки определяются как добавки, «вносимые при приготовлении бетонной смеси». ^[43] Наиболее распространенными добавками являются замедлители схватывания и ускорители. При нормальном использовании дозировка добавки составляет менее 5% от массы цемента и добавляется в бетон во время дозирования / смешивания. ^[44] (См. § Производство ниже). Общие типы добавок ^[45] следующие:

• Ускорители ускоряют гидратацию (твердение) бетона. Типичные материалы , используемые хлорид кальция , нитрат кальция и нитрат натрия . Однако использование хлоридов может вызвать коррозию стальной арматуры и запрещено в некоторых странах, поэтому нитраты могут быть предпочтительнее, даже если они менее эффективны, чем хлоридная соль. Ускоряющие добавки особенно полезны для изменения свойств бетона в холодную погоду.
• Воздухововлекающие агенты добавляют и уносят крошечные пузырьки воздуха в бетон, что уменьшает повреждения во время циклов замораживания-оттаивания , увеличивая срок службы . Однако увлеченный воздух требует компромисса с прочностью, поскольку каждый 1% воздуха может снизить прочность на сжатие на 5%. ^[46] Если в результате процесса перемешивания в бетон попадает слишком много воздуха, можно использовать пеногасители , чтобы стимулировать агломерацию пузырьков воздуха, их подъем на поверхность влажного бетона и затем диспергирование.
• Связующие агенты используются для создания связи между старым и новым бетоном (обычно это тип полимера) с широким температурным допуском и устойчивостью к коррозии.
• Ингибиторы коррозии используются для минимизации коррозии стали и стальных стержней в бетоне.
• Кристаллические добавки обычно добавляют во время замеса бетона для снижения проницаемости. Реакция происходит при воздействии воды и негидратированных частиц цемента с образованием нерастворимых игольчатых кристаллов, которые заполняют капиллярные поры и микротрещины в бетоне, блокируя пути для воды и водных загрязнений. Бетон с кристаллической примесью может ожидать самоуплотнения, поскольку постоянное воздействие воды будет постоянно инициировать кристаллизацию, чтобы обеспечить постоянную водонепроницаемую защиту.
• Пигменты можно использовать для изменения цвета бетона, для эстетики.
• Пластификаторы повышают удобоукладываемость пластика или «свежего» бетона, что позволяет его легче укладывать с меньшими усилиями уплотнения. Типичный пластификатор - лигносульфонат. Пластификаторы могут использоваться для снижения содержания воды в бетоне при сохранении удобоукладываемости, и из-за этого их иногда называют водоредукторами. Такая обработка улучшает его прочностные и долговечные характеристики.
• Суперпластификаторы (также называемые высокодисперсными водоредукторами) представляют собой класс пластификаторов, которые имеют меньше вредных воздействий и могут использоваться для повышения удобоукладываемости в большей степени, чем это практично с традиционными пластификаторами. Суперпластификаторы используются для увеличения прочности на сжатие. Это увеличивает удобоукладываемость бетона и снижает потребность в содержании воды на 15–30%. Суперпластификаторы приводят к замедляющим эффектам.
• Вспомогательные средства для перекачивания улучшают прокачиваемость, сгущают пасту и уменьшают расслоение и кровотечение.
• Замедлители схватывания замедляют гидратацию бетона и используются в больших или сложных случаях, когда частичное схватывание до завершения заливки нежелательно. Типичными полиолами- замедлителями схватывания являются сахар , сахароза , глюконат натрия , глюкоза , лимонная кислота и винная кислота .

Минеральные добавки и цементные смеси [ править ]

Неорганические материалы, обладающие пуццолановыми или скрытыми гидравлическими свойствами, эти очень мелкозернистые материалы добавляются в бетонную смесь для улучшения свойств бетона (минеральные добавки) ^[44] или в качестве замены портландцемента (цементные смеси ). ^[50] Продукты, содержащие известняк, летучую золу, доменный шлак и другие полезные материалы с пуццолановыми свойствами, проходят испытания и используются. Такое развитие событий связано с тем, что производство цемента является одним из крупнейших производителей (от 5 до 10%) глобальных выбросов парниковых газов ^[51], а также со снижением затрат, улучшением свойств бетона и переработкой отходов.

• Летучая зола : побочный продукт угольных электростанций , он используется для частичной замены портландцемента (до 60% по массе). Свойства летучей золы зависят от типа сжигаемого угля. В общем, кремнистая зола-унос является пуццолановой, а известковая летучая зола имеет скрытые гидравлические свойства. ^[52]
• Измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS или GGBS): побочный продукт производства стали используется для частичной замены портландцемента (до 80% по массе). Обладает скрытыми гидравлическими свойствами. ^[53]
• Пары кремнезема : побочный продукт производства кремния и ферросилициевых сплавов. Пары кремнезема похожи на летучую золу, но имеют размер частиц в 100 раз меньше. Это приводит к более высокому отношению поверхности к объему и гораздо более быстрой пуццолановой реакции. Пары кремнезема используются для увеличения прочности и долговечности бетона, но, как правило, для повышения удобоукладываемости требуется использование суперпластификаторов. ^[54]
• Метакаолин с высокой реакционной способностью (HRM): Метакаолин производит бетон, прочность и долговечность которого аналогична бетону, изготовленному с использованием микрокремнезема. В то время как микрокремнезем обычно имеет темно-серый или черный цвет, метакаолин с высокой реакционной способностью обычно имеет ярко-белый цвет, что делает его предпочтительным выбором для архитектурного бетона, где важен внешний вид.
• Углеродные нановолокна могут быть добавлены в бетон для повышения прочности на сжатие и получения более высокого модуля Юнга , а также для улучшения электрических свойств, необходимых для мониторинга деформации, оценки повреждений и мониторинга состояния бетона. Углеродное волокно имеет множество преимуществ с точки зрения механических и электрических свойств (например, более высокой прочности) и самоконтроля благодаря высокой прочности на разрыв и высокой проводимости. ^[55]
• Углеродные продукты были добавлены для придания бетону электропроводности в целях борьбы с обледенением. ^[56]

Производство [ править ]

Производство бетона - это процесс смешивания различных ингредиентов - воды, заполнителя, цемента и любых добавок - для производства бетона. Производство бетона зависит от времени. После того, как ингредиенты смешаны, рабочие должны положить бетон на место до того, как он затвердеет. В современном мире производство бетона в большинстве случаев происходит на крупном промышленном предприятии, которое называется бетонным заводом или, как правило, заводом по производству бетона .

Обычно бетонные заводы бывают двух основных типов: бетонные заводы и центральные бетонные заводы. Завод по производству готовых смесей смешивает все ингредиенты, кроме воды, а центральный завод по производству смесей смешивает все ингредиенты, включая воду. Центральный смесительный завод предлагает более точный контроль качества бетона за счет более точных измерений количества добавляемой воды, но его необходимо размещать ближе к месту работы, где будет использоваться бетон, поскольку гидратация начинается на заводе.

Бетонный завод состоит из больших бункеров для хранения различных реактивных ингредиентов, таких как цемент, хранилища для сыпучих ингредиентов, таких как заполнитель и вода, механизмов для добавления различных добавок и добавок, оборудования для точного взвешивания, перемещения и смешивания некоторых или всех этих ингредиентов, и оборудование для подачи смешанного бетона, часто в автобетоносмеситель .

Современный бетон обычно готовят в виде вязкой жидкости, чтобы его можно было разливать в формы, которые представляют собой контейнеры, устанавливаемые в полевых условиях, чтобы придать бетону желаемую форму. Бетонную опалубку можно изготовить несколькими способами, например, с помощью профилирования и изготовления стальных листов . В качестве альтернативы, бетон можно смешивать в сушильных, не текучих формах и использовать на заводе для производства сборных железобетонных изделий.

Для обработки бетона используется широкий спектр оборудования, от ручных инструментов до тяжелого промышленного оборудования. Однако, какое бы оборудование ни использовали производители оборудования, цель состоит в том, чтобы произвести желаемый строительный материал; ингредиенты должны быть правильно перемешаны, размещены, сформированы и сохранены в течение ограниченного времени. Любой перерыв в заливке бетона может привести к тому, что первоначально уложенный материал начнет схватываться до того, как следующая партия будет добавлена ​​сверху. Это создает горизонтальную плоскость ослабления, называемую холодным стыком между двумя партиями. ^[57] После того, как смесь окажется там, где она должна быть, процесс отверждения необходимо контролировать, чтобы гарантировать, что бетон достиг желаемых свойств. Во время приготовления бетона различные технические детали могут повлиять на качество и характер продукта.

Смешивание [ править ]

Для получения однородного высококачественного бетона необходимо тщательное перемешивание.

Раздельное смешивание пасты показало, что смешивание цемента и воды в пасту перед объединением этих материалов с заполнителями может повысить прочность на сжатие получаемого бетона. ^[58] Паста обычно смешивается в высокоскоростном смесителе со сдвиговым усилием при соотношении воды к цементу ( вес / см ) от 0,30 до 0,45 по массе. Премикс цементного теста может включать добавки, такие как ускорители или замедлители схватывания, суперпластификаторы , пигменты или микрокремнезем . Предварительно смешанная паста затем смешивается с заполнителями и любой оставшейся замесной водой, и окончательное смешивание завершается в обычном бетоносмесительном оборудовании. ^[59]

Соотношения смешивания [ править ]

Бетонные смеси в основном делятся на два типа: номинальная смесь и проектная смесь :

Номинальные пропорции смеси указаны в объеме . Номинальные смеси - это простой и быстрый способ получить общее представление о свойствах готового бетона без предварительного тестирования.${\ displaystyle {\ text {Цемент: песок: заполнитель}}}$

Различные руководящие органы (например, Британские стандарты ) определяют номинальные соотношения смешивания по ряду марок, обычно в диапазоне от более низкой прочности на сжатие до более высокой прочности на сжатие. Оценки обычно указывают на 28-дневную силу куба. ^[60] Например, в индийских стандартах смеси марок M10, M15, M20 и M25 приблизительно соответствуют пропорциям смеси (1: 3: 6), (1: 2: 4), (1: 1,5: 3) и (1: 1: 2) соответственно. ^{[ необходима цитата ]}

Проектные пропорции смеси определяются инженером после анализа свойств конкретных используемых ингредиентов. Вместо использования «номинальной смеси» из 1 части цемента, 2 частей песка и 4 частей заполнителя (второй пример сверху) инженер-строитель разработает бетонную смесь по индивидуальному заказу, чтобы она точно соответствовала требованиям площадки и условиям. установка соотношений материалов и часто разработка пакета добавок для точной настройки свойств или увеличения диапазона рабочих характеристик смеси. Бетон с конструкционной смесью может иметь очень широкие характеристики, которые не могут быть выполнены с более простыми номинальными смесями, но участие инженера часто увеличивает стоимость бетонной смеси.

Работоспособность [ править ]

Удобоукладываемость - это способность свежей (пластичной) бетонной смеси должным образом заполнить форму / форму с помощью требуемых работ (заливка, перекачка, намазывание, утрамбовка, вибрация) без снижения качества бетона. Технологичность зависит от содержания воды, заполнителя (форма и гранулометрический состав), содержания цемента и возраста (уровня гидратации ) и может быть изменена путем добавления химических добавок, таких как суперпластификатор. Повышение содержания воды или добавление химических добавок увеличивает удобоукладываемость бетона. Избыток воды приводит к усиленному просачиванию или расслоению заполнителей (когда цемент и заполнители начинают отделяться), в результате чего качество бетона ухудшается. Использование смеси заполнителей с нежелательной градацией ^{[ необходима цитата ]}может привести к очень жесткой конструкции смеси с очень низкой осадкой, которую невозможно легко сделать более пригодной для обработки путем добавления разумного количества воды. Нежелательная градация может означать использование крупного заполнителя, который слишком велик для размера опалубки, или в котором слишком мало мелких сортов заполнителя, чтобы заполнить промежутки между более крупными сортами, или использовать слишком мало или слишком много песка для того же причина, или использование слишком мало воды, или слишком много цемента, или даже использование зубчатого щебня вместо более гладкого круглого заполнителя, такого как галька. Любая комбинация этих и других факторов может привести к получению слишком жесткой смеси, т. Е. Которая не течет и не растекается плавно, трудно попасть в опалубку и которую трудно обработать на поверхности. ^[61]

Технологичность можно измерить с помощью теста на оседание бетона , простого измерения пластичности свежей партии бетона в соответствии со стандартами испытаний ASTM C 143 или EN 12350-2. Осадка обычно измеряется путем заполнения конуса Абрамса."с образцом из свежей партии бетона. Конус помещается широким концом вниз на ровную неабсорбирующую поверхность. Затем он заполняется тремя слоями равного объема, причем каждый слой утрамбовывается стальным стержнем, чтобы уплотнить слой. Когда конус осторожно поднимается, заключенный в нем материал оседает в определенной степени из-за силы тяжести. Относительно сухой образец оседает очень мало, его величина осадки составляет один или два дюйма (25 или 50 мм) от единицы. фут (305 мм). Относительно влажный образец бетона может оседать на целых восемь дюймов. Технологичность также можно измерить с помощью теста на таблицу текучести .

Осадку можно увеличить добавлением химических добавок, таких как пластификатор или суперпластификатор, без изменения водоцементного отношения . ^[62] Некоторые другие примеси, особенно воздухововлекающие, могут увеличивать осаждение смеси.

Бетон с высокой текучестью, как и самоуплотняющийся бетон , испытывается другими методами измерения расхода. Один из этих методов включает размещение конуса на узком конце и наблюдение за тем, как смесь течет через конус, когда он постепенно поднимается.

После смешивания бетон становится жидкостью, и его можно перекачивать в нужное место.

Лечение [ править ]

Во время отверждения бетон должен оставаться влажным, чтобы достичь оптимальной прочности и долговечности . ^[63] Во время отверждения происходит гидратация , в результате чего образуется гидрат силиката кальция (CSH). Более 90% окончательной прочности смеси обычно достигается в течение четырех недель, а оставшиеся 10% достигаются через годы или даже десятилетия. ^[64] Превращение гидроксида кальция в бетоне в карбонат кальция в результате поглощения CO 2 в течение нескольких десятилетий дополнительно укрепляет бетон и делает его более устойчивым к повреждениям. Эта карбонизация Однако реакция снижает pH раствора пор цемента и может вызвать коррозию арматурных стержней.

Гидратация и твердение бетона в течение первых трех дней имеет решающее значение. Чрезвычайно быстрое высыхание и усадка из-за таких факторов, как испарение от ветра во время укладки, могут привести к увеличению растягивающих напряжений в то время, когда он еще не набрал достаточной прочности, что приведет к большему растрескиванию при усадке. Ранняя прочность бетона может быть увеличена, если он будет влажным во время процесса отверждения. Сведение к минимуму напряжения перед отверждением сводит к минимуму образование трещин. Бетон с высокой ранней прочностью предназначен для более быстрой гидратации, часто за счет более широкого использования цемента, который увеличивает усадку и растрескивание. Прочность бетона изменяется (увеличивается) до трех лет. Это зависит от размеров сечения элементов и условий эксплуатации конструкции. ^[65]Добавление короткорезанных полимерных волокон может улучшить (уменьшить) напряжения, вызванные усадкой во время отверждения, и повысить прочность на раннее и предельное сжатие. ^[66]

Правильное отверждение бетона приводит к повышению прочности и снижению проницаемости, а также предотвращает растрескивание в местах преждевременного высыхания поверхности. Также необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать замерзания или перегрева из-за экзотермического схватывания цемента. Неправильное отверждение может вызвать образование накипи , снижение прочности, плохую стойкость к истиранию и растрескивание .

Методы [ править ]

В течение периода отверждения бетон идеально поддерживается при контролируемой температуре и влажности. Чтобы обеспечить полную гидратацию во время отверждения, бетонные плиты часто опрыскивают «отвердителями», которые создают водоудерживающую пленку на бетоне. Типичные пленки изготавливаются из воска или родственных гидрофобных соединений. После того, как бетон в достаточной степени затвердеет, пленке дают возможность отделиться от бетона при нормальном использовании. ^[67]

Традиционные условия для отверждения включают распыление или заливку бетонной поверхности водой. На соседнем рисунке показан один из многих способов добиться этого: затвердевший бетон - погрузить его в воду и обернуть пластиком для предотвращения обезвоживания. Дополнительные распространенные методы отверждения включают влажную мешковину и пластиковую пленку, покрывающую свежий бетон.

Для применения с более высокой прочностью к бетону могут применяться методы ускоренного отверждения . Распространенный метод заключается в нагревании залитого бетона паром, который поддерживает его влажность и повышает температуру, чтобы процесс гидратации протекал быстрее и тщательнее.

Альтернативные типы [ править ]

Асфальт [ править ]

Асфальтобетон (обычно называемый асфальтом , ^[68] асфальтобетон , или тротуар в Северной Америке, и асфальте , битум щебеночный или прокат асфальт в Соединенном Королевстве и Ирландии ) является композитным материалом обычно используется для поверхностных дорог , автостоянок , аэропортов , а также ядро плотин набережных . ^[69] Асфальтовые смеси использовались в строительстве дорожных покрытий с начала двадцатого века. ^[70] Он состоит изминеральный заполнитель, связанный с асфальтом , уложенный слоями и уплотненный. Процесс был усовершенствован и усовершенствован бельгийским изобретателем и иммигрантом из США Эдвардом Де Смедтом . ^[71]

Термины асфальт (или асфальтовый ) бетон , битумный асфальтобетон и асфальтобетонная смесь , как правило , используются только в инженерных и строительных документах, которые определяют , как бетон любого композиционного материал , состоящий из минерального заполнителя прилипшего со связующим веществом. Аббревиатура, переменный ток , иногда используются для асфальтобетона , но может также обозначают процентное содержание асфальта или битум , ссылаясь на жидкую часть асфальтовой композиционного материала.

Предыдущий [ править ]

Проницаемый бетон - это смесь крупнозернистого заполнителя, цемента, воды и практически не содержащих мелких заполнителей. Этот бетон также известен как пористый бетон. Смешивание ингредиентов в тщательно контролируемом процессе создает пасту, которая покрывает и связывает частицы заполнителя. Затвердевший бетон содержит взаимосвязанные воздушные пустоты, составляющие примерно от 15 до 25 процентов. Вода течет через пустоты в тротуаре в почву под ним. Воздухововлекающие добавки часто используются в условиях морозно-оттаивания, чтобы свести к минимуму возможность повреждения от мороза. Проницаемый бетон также позволяет дождевой воде просачиваться через дороги и автостоянки, чтобы подпитывать водоносные горизонты, вместо того, чтобы способствовать стоку и наводнениям. ^[72]

Нанобетон [ править ]

Нанобетон (также называемый « нанобетон » или «нанобетон») - это класс материалов, который содержит частицы портландцемента размером не более 100 мкм ^[73] и частицы кремнезема размером не более 500 мкм, которые заполняют пустоты, которые иначе возникнет в обычном бетоне, что существенно повысит прочность материала. ^[74] Он широко используется в пешеходных и автомобильных мостах, где отмечается высокая прочность на изгиб и сжатие. ^[75]

Микробный [ править ]

Бактерии, такие как Bacillus pasteurii , Bacillus pseudofirmus , Bacillus cohnii , Sporosarcina pasteuri и Arthrobacter crystallopoietes, увеличивают прочность бетона на сжатие за счет своей биомассы. Не все бактерии значительно увеличивают прочность бетона за счет своей биомассы. ^{[ необходима цитата ]} Bacillus sp. КТ-5. может снизить коррозию арматуры в железобетоне до четырех раз. Sporosarcina pasteurii снижает проницаемость для воды и хлоридов. B. pasteurii повышает устойчивость к кислоте. ^{[ необходима цитата ]} Bacillus pasteuriiи B. sphaericus могут вызывать осаждение карбоната кальция на поверхности трещин, повышая прочность на сжатие. ^[76]

Полимер [ править ]

Полимерные бетоны представляют собой смеси заполнителя и любых различных полимеров и могут быть армированы. Цемент дороже, чем цемент на основе извести, но полимербетон, тем не менее, имеет преимущества; они обладают значительной прочностью на разрыв даже без армирования и в значительной степени водонепроницаемы. Полимерные бетоны часто используются для ремонта и строительства других объектов, таких как водостоки.

Ненужный легкий бетон [ править ]

Форма из модифицированного полимером бетона. Специальная полимерная добавка позволяет заменять все традиционные заполнители (гравий, песок, камень) любой смесью твердых отходов с размером зерен 3-10 мм с образованием продукта с низкой прочностью на сжатие (3-20 Н / мм ² ). ^[77] для дорожного и строительного строительства. 1 м ³ отходов легкого бетона содержит 1,1–1,3 м ³ измельченных отходов и никаких других заполнителей.

Безопасность [ править ]

При шлифовке бетона может образовываться опасная пыль . Воздействие цементной пыли может вызвать такие проблемы, как силикоз , заболевание почек, раздражение кожи и тому подобное. США Национальный институт по безопасности и гигиене труда в Соединенных Штатах рекомендует прикрепление местной вытяжной вентиляции бортика к электрическим бетонными дробилок для контроля над распространением этой пыли. ^[78] Кроме того, Управление по охране труда (OSHA) ввело более строгие правила в отношении компаний, работники которых регулярно контактируют с кремнеземной пылью. Обновленное правило кремнезема, ^[79]который OSHA ввел в действие 23 сентября 2017 года для строительных компаний, ограничивает количество вдыхаемого кристаллического кремнезема, с которым рабочие могут вступать в контакт на законных основаниях, до 50 микрограммов на кубический метр воздуха за 8-часовой рабочий день. Это же правило вступило в силу 23 июня 2018 года для общей промышленности, гидроразрыва пласта и морского судоходства. Что крайний срок был продлен до 23 июня 2021 года для инженерного контроля в отрасли гидроразрыва пласта. Компании, которые не соблюдают ужесточенные правила техники безопасности, могут столкнуться с финансовыми издержками и серьезными штрафами.

Свойства [ править ]

Бетон имеет относительно высокую прочность на сжатие , но гораздо более низкую прочность на разрыв . ^[80] Поэтому его обычно армируют прочными на растяжение материалами (часто сталью). Эластичность бетона относительно постоянна при низких уровнях напряжения, но начинает снижаться при более высоких уровнях напряжения по мере развития трещин в матрице. Бетон имеет очень низкий коэффициент теплового расширения и дает усадку по мере созревания. Все бетонные конструкции в той или иной степени растрескиваются из-за усадки и растяжения. Бетон, который подвергается длительным нагрузкам, склонен к ползучести .

Испытания могут быть выполнены, чтобы убедиться, что свойства бетона соответствуют спецификациям для применения.

Компоненты влияют на прочность материала. Значения прочности бетона обычно указываются как нижняя граница прочности на сжатие цилиндрического или кубического образца, определяемая стандартными процедурами испытаний.

Прочность бетона определяется его функцией. Бетон с очень низкой прочностью - 14 МПа (2000 фунтов на квадратный дюйм) или меньше - может использоваться, когда бетон должен быть легким. ^[81] Легкий бетон часто получают путем добавления воздуха, пены или легких заполнителей с побочным эффектом, заключающимся в снижении прочности. Для большинства стандартных применений часто используется бетон от 20 МПа (2900 фунтов на квадратный дюйм) до 32 МПа (4600 фунтов на квадратный дюйм). Бетон 40 МПа (5800 фунтов на квадратный дюйм) коммерчески доступен как более прочный, хотя и более дорогой вариант. Бетон повышенной прочности часто используется для крупных гражданских проектов. ^[82]Прочность выше 40 МПа (5800 фунтов на квадратный дюйм) часто используется для конкретных строительных элементов. Например, для колонн нижних этажей высотных бетонных зданий может использоваться бетон с плотностью 80 МПа (11 600 фунтов на квадратный дюйм) или более, чтобы размер колонн оставался небольшим. В мостах могут использоваться длинные балки из высокопрочного бетона для уменьшения количества требуемых пролетов. ^{[83] [84]} Иногда для других структурных нужд может потребоваться высокопрочный бетон. Если конструкция должна быть очень жесткой, может быть указан бетон очень высокой прочности, даже намного более прочный, чем требуется для выдерживания эксплуатационных нагрузок. По этим причинам в промышленных масштабах использовалась прочность до 130 МПа (18 900 фунтов на кв. Дюйм). ^[83]

В стадии строительства [ править ]

Бетон - один из самых прочных строительных материалов. Он обеспечивает превосходную огнестойкость по сравнению с деревянной конструкцией и со временем набирает прочность. Конструкции из бетона могут иметь долгий срок службы. ^[85] Бетон используется больше, чем любой другой искусственный материал в мире. ^[86] По состоянию на 2006 год, ежегодно производилось около 7,5 миллиардов кубометров бетона, более одного кубического метра на каждого человека на Земле. ^[87]

Массовые конструкции [ править ]

Из-за экзотермической химической реакции цемента во время установки большие бетонные конструкции, такие как плотины , судоходные шлюзы , большие маты и большие волноломы, выделяют чрезмерное тепло во время гидратации и связанного с этим расширения. Чтобы смягчить эти эффекты, последующее охлаждение ^[88]обычно применяется при строительстве. Ранний пример на плотине Гувера использовал сеть труб между вертикальными бетонными плитами для циркуляции охлаждающей воды во время процесса отверждения, чтобы избежать повреждения от перегрева. Подобные системы все еще используются; В зависимости от объема заливки, используемой бетонной смеси и температуры окружающего воздуха процесс охлаждения может длиться многие месяцы после укладки бетона. Также используются различные методы для предварительного охлаждения бетонной смеси в конструкциях из массивного бетона. ^[88]

Другой подход к массовым бетонным конструкциям, который сводит к минимуму термический побочный продукт цемента, - это использование уплотненного роликами бетона , в котором используется сухая смесь, требующая гораздо меньшего охлаждения, чем обычное влажное размещение. Он наносится толстыми слоями в виде полусухого материала, затем уплотняется валиком в плотную прочную массу.

Поверхность [ править ]

Преимущества и недостатки бетона

Необработанные бетонные поверхности имеют тенденцию быть пористыми и иметь относительно неинтересный вид. Для улучшения внешнего вида и защиты поверхности от пятен, проникновения воды и замерзания можно использовать многие виды отделки.

Примеры улучшенного внешнего вида включают штампованный бетон, где влажный бетон имеет отпечатанный на поверхности узор для придания мощеного, мощеного или кирпичного эффекта и может сопровождаться окрашиванием. Другой популярный эффект для полов и столешниц - полированный бетон, где бетон оптически полируется алмазным абразивом и герметизируется полимерами или другими герметиками.

Другая отделка может быть достигнута долблением или более традиционными методами, такими как покраска или покрытие другими материалами.

Правильная обработка поверхности бетона, а значит, и его характеристики - важный этап при возведении и ремонте архитектурных сооружений. ^[89]

Предварительно напряженные конструкции [ править ]

Предварительно напряженный бетон - это форма железобетона, которая создает сжимающие напряжения во время строительства, чтобы противостоять растягивающим напряжениям, возникающим при использовании. Это может значительно снизить вес балок или плит за счет лучшего распределения напряжений в конструкции для оптимального использования арматуры. Например, горизонтальная балка имеет тенденцию провисать. Предварительно напряженная арматура внизу балки противодействует этому. В предварительно напряженном бетоне предварительное напряжение достигается за счет использования стальных или полимерных арматурных стержней или стержней, которые подвергаются растягивающей силе перед заливкой, или для бетона, подвергнутого последующему напряжению, после заливки.

Этим материалом вымощено более 55 000 миль (89 000 км) автомагистралей в Соединенных Штатах. Железобетон , предварительно напряженный бетон и сборный железобетон являются наиболее широко используемыми типами функциональных пристроек из бетона в наши дни. См. Брутализм .

Размещение в холодную погоду [ править ]

Экстремальные погодные условия (сильная жара или холод, ветер и колебания влажности) могут значительно изменить качество бетона. При размещении в холодную погоду соблюдаются многие меры предосторожности. ^[90] Низкие температуры значительно замедляют химические реакции, участвующие в гидратации цемента, тем самым влияя на рост прочности. Предотвращение замерзания - самая важная мера предосторожности, поскольку образование кристаллов льда может вызвать повреждение кристаллической структуры гидратированного цементного теста. Если поверхность бетонной заливки изолирована от внешних температур, тепло гидратации предотвратит замерзание.

Американский институт бетона (ACI) определение холодного размещения погоды, ACI 306, ^[91] является:

• Период, когда более трех дней подряд средняя дневная температура воздуха опускается ниже 40 ˚F (~ 4,5 ° C), и
• Температура остается ниже 50 °F (10 ° C) более половины любого 24-часового периода.

В Канаде , где в холодное время года температуры обычно намного ниже, CSA A23.1 использует следующие критерии :

• При температуре воздуха ≤ 5 ° C и
• Когда есть вероятность, что температура может упасть ниже 5 ° C в течение 24 часов после укладки бетона.

Минимальная прочность перед воздействием сильного холода на бетон составляет 500 фунтов на квадратный дюйм (3,5 МПа). Согласно CSA A 23.1 прочность на сжатие составляет 7,0 МПа, что считается безопасным при замораживании.

Подводное размещение [ править ]

Бетон можно укладывать и выдерживать под водой. Следует соблюдать осторожность при размещении, чтобы предотвратить вымывание цемента. Методы подводного размещения включают треми , накачивание, размещение с пропуском, ручное размещение с помощью тумблеров и мешковин. ^[92]

Заполнитель - это альтернативный метод формирования бетонной массы под водой, когда формы заполняются крупным заполнителем, а пустоты затем полностью заполняются перекачиваемым раствором. ^[92]

Дороги [ править ]

Бетонные дороги более экономичны для движения, ^[93] обладают большей отражающей способностью и служат значительно дольше, чем другие покрытия, но при этом занимают гораздо меньшую долю рынка, чем другие решения для укладки. Современные методы и методы проектирования изменили экономику бетонного покрытия, так что хорошо спроектированное и уложенное бетонное покрытие будет дешевле при начальных затратах и ​​значительно дешевле в течение жизненного цикла. Еще одним важным преимуществом является то, что можно использовать проницаемый бетон , что избавляет от необходимости размещать ливневые стоки.рядом с дорогой, и уменьшая потребность в слегка наклонном проезжей части, чтобы облегчить стекание дождевой воды. Отсутствие необходимости сбрасывать дождевую воду через дренаж также означает, что требуется меньше электроэнергии (в противном случае требуется больше откачки в водораспределительной системе), и дождевая вода не загрязняется, поскольку она больше не смешивается с загрязненной водой. Скорее, он сразу же поглощается землей. ^{[ необходима цитата ]}

Энергоэффективность [ править ]

Энергетические потребности для транспортировки бетона низкие, поскольку он производится на местном уровне из местных ресурсов, обычно в пределах 100 километров от строительной площадки. Точно так же относительно мало энергии используется для производства и объединения сырья (хотя при производстве цемента в результате химических реакций образуется большое количество CO ₂ ). ^[94] Таким образом, общая воплощенная энергия бетона, составляющая примерно от 1 до 1,5 мегаджоулей на килограмм, ниже, чем у большинства конструкционных и строительных материалов. ^[95]

После укладки бетон обеспечивает высокую энергоэффективность на протяжении всего срока службы здания. ^[96] Бетонные стены пропускают воздух намного меньше, чем деревянные. ^{[97] На} утечку воздуха приходится большой процент потерь энергии в доме. Тепловые массовые свойства бетона повышают эффективность как жилых, так и коммерческих зданий. Сохраняя и выделяя энергию, необходимую для нагрева или охлаждения, тепловая масса бетона обеспечивает круглогодичную выгоду за счет уменьшения колебаний температуры внутри и минимизации затрат на нагрев и охлаждение. ^[98]В то время как изоляция снижает потери энергии через оболочку здания, тепловая масса использует стены для хранения и высвобождения энергии. Современные системы бетонных стен используют как внешнюю изоляцию, так и тепловую массу для создания энергоэффективного здания. Изоляционные бетонные формы (ICF) - это полые блоки или панели, изготовленные из изоляционной пены или растра , которые укладываются друг на друга, чтобы сформировать форму стен здания, а затем заполняются железобетоном для создания конструкции.

Пожарная безопасность [ править ]

Бетонные здания более устойчивы к возгоранию, чем те, что построены с использованием стальных каркасов, поскольку бетон имеет более низкую теплопроводность, чем сталь, и поэтому может прослужить дольше при тех же условиях пожара. Бетон иногда используется в качестве противопожарной защиты для стальных каркасов с тем же эффектом, что и выше. Бетон в качестве противопожарного щита, например Fondu fyre , также можно использовать в экстремальных условиях, например, в качестве стартовой площадки для ракет.

Варианты негорючих конструкций включают полы, потолки и крыши из монолитного и пустотного железобетона. Для стен дополнительными опциями являются технология бетонной кладки и изоляционные бетонные формы (ICF). ICF - это пустотелые блоки или панели, изготовленные из огнестойкой изоляционной пены, которые уложены друг на друга, чтобы сформировать форму стен здания, а затем заполнены железобетоном для создания структуры.

Бетон также обеспечивает хорошее сопротивление внешним силам, таким как сильный ветер, ураганы и торнадо, благодаря своей поперечной жесткости, что приводит к минимальному горизонтальному перемещению. Однако эта жесткость может работать против определенных типов бетонных конструкций, особенно там, где требуется относительно более высокая изгибающаяся конструкция, чтобы противостоять более экстремальным силам.

Безопасность при землетрясении [ править ]

Как обсуждалось выше, бетон очень прочен на сжатие, но слаб при растяжении. Более сильные землетрясения могут создавать очень большие поперечные нагрузки на конструкции. Эти сдвиговые нагрузки подвергают конструкцию как растягивающим, так и сжимающим нагрузкам. Бетонные конструкции без армирования, как и другие неармированные каменные конструкции, могут выйти из строя при сильных землетрясениях. Неармированные каменные конструкции представляют собой одну из самых серьезных угроз землетрясений во всем мире. ^[99] Эти риски можно снизить за счет сейсмической модернизации зданий, подверженных риску (например, школьных зданий в Стамбуле, Турция ^[100] ).

Деградация [ править ]

Бетон может быть поврежден многими процессами, такими как расширение продуктов коррозии стальных арматурных стержней , замерзание захваченной воды, огонь или лучистое тепло, расширение заполнителя, воздействие морской воды, бактериальная коррозия, выщелачивание, эрозия под действием быстро текущей воды, физические и химические повреждения ( карбонатация , хлориды, сульфаты и дистиллятная вода). ^[101] Микрогрибки Aspergillus Alternaria и Cladosporium смогли расти на образцах бетона, которые использовались в качестве барьера для радиоактивных отходов в Чернобыльском реакторе; выщелачивание алюминия, железа, кальция и кремния. ^[102]

Окружающая среда и здоровье [ править ]

Производство и использование бетона влечет за собой широкий спектр экологических и социальных последствий. Некоторые из них вредны, некоторые приветствуются, а некоторые и то и другое, в зависимости от обстоятельств.

Основным компонентом бетона является цемент , который аналогичным образом оказывает экологическое и социальное воздействие . ^{[ необходима цитата ]} Цементная промышленность является одним из трех основных производителей двуокиси углерода , основного парникового газа (два других - производство энергии и транспорт). Каждая тонна произведенного цемента выбрасывает в атмосферу одну тонну CO ₂ . ^[103] По состоянию на 2019 год производство портландцемента составляло восемь процентов глобальных антропогенных выбросов CO ₂ , в основном из-за спекания известняка и глины при температуре 1500 ° C (2730 ° F). ^{[103] [104]}Исследователи предложили ряд подходов к улучшению связывания углерода, связанных с производством бетона. ^[105] В августе 2019 года было объявлено о снижении содержания CO _{2 в} цементе, что «снижает общий углеродный след в сборном железобетоне на 70%». ^[106]

Бетон используется для создания твердых поверхностей, которые способствуют поверхностному стоку , который может вызвать сильную эрозию почвы, загрязнение воды и наводнения, но, наоборот, может использоваться для отвода, плотины и контроля наводнений. Бетонная пыль, выделяемая в результате сноса зданий и стихийных бедствий, может быть основным источником опасного загрязнения воздуха.

Бетон вносит свой вклад в эффект городского теплового острова , хотя и в меньшей степени, чем асфальт. ^[107]

Рабочие, которые режут, шлифуют или полируют бетон, подвергаются риску вдыхания двуокиси кремния, находящейся в воздухе, что может привести к силикозу . ^[108] Сюда входят члены бригады, работающие на дроблении бетона . Присутствие в бетоне некоторых веществ, включая полезные и нежелательные добавки, может вызвать проблемы со здоровьем из-за токсичности и радиоактивности. Свежий бетон (до завершения отверждения) очень щелочной, и с ним необходимо обращаться с соответствующими средствами защиты.

Переработка [ править ]

Вторичная переработка бетона становится все более распространенным методом утилизации бетонных конструкций. Когда-то бетонный мусор обычно отправляли на свалки для утилизации, но переработка увеличивается благодаря повышению экологической осведомленности, правительственным законам и экономическим выгодам.

Мировые рекорды [ править ]

Мировым рекордом по самой большой бетонной заливке в рамках одного проекта является плотина « Три ущелья» в провинции Хубэй, Китай, созданная корпорацией «Три ущелья». Количество бетона, использованного при строительстве дамбы, оценивается в 16 миллионов кубометров за 17 лет. Предыдущий рекорд - 12,3 млн кубометров на гидроэлектростанции Итайпу в Бразилии. ^{[109] [110] [111]}

Мировой рекорд по перекачке бетона был установлен 7 августа 2009 года во время строительства гидроэлектростанции Парбати , недалеко от деревни Суинд, Химачал-Прадеш , Индия, когда бетонная смесь перекачивалась на высоту 715 м (2346 футов) по вертикали. ^{[112] [113]}

Polavaram плотины работы в штате Андхра - Прадеш на 6 января 2019 года вступил в Книгу рекордов Гиннесса , выливая 32,100 кубических метров бетона в течение 24 часов. ^[114] Мировой рекорд по величине непрерывно залитого бетонного плота был достигнут в августе 2007 года в Абу-Даби подрядной фирмой Al Habtoor-CCC Joint Venture, а поставщиком бетона является Unibeton Ready Mix. ^{[115] [116]} Заливка (часть фундамента башни Landmark в Абу-Даби ) состояла из 16 000 кубометров бетона, залитых в течение двух дней. ^[117] Предыдущий рекорд, 13 200 кубометров вылилось за 54 часа, несмотря на сильный тропический шторм, потребовавший покрыть участок водой.Брезент для продолжения работ был получен в 1992 году совместными японскими и южнокорейскими консорциумами Hazama Corporation и Samsung C&T Corporation для строительства Башен Петронас в Куала-Лумпуре , Малайзия . ^[118]

Мировой рекорд по величине непрерывно залитого бетонного пола был установлен 8 ноября 1997 года в Луисвилле , штат Кентукки, проектно-строительной фирмой EXXCEL Project Management. Монолитное сооружение состояло из 225 000 квадратных футов (20 900 м ² ) бетона, уложенного за 30 часов, с допуском плоскостности F _F 54,60 и допуском ровности F _L 43,83. Это превзошло предыдущий рекорд на 50% по общему объему и 7,5% по общей площади. ^{[119] [120]}

Рекорд по самой большой непрерывной заливке бетона под водой был завершен 18 октября 2010 года в Новом Орлеане, штат Луизиана, подрядчиком CJ Mahan Construction Company, LLC из Гроув-Сити, штат Огайо. Укладка состояла из 10 251 кубических ярдов бетона, уложенных за 58,5 часов с помощью двух бетононасосов и двух специальных бетонных заводов. После отверждения такое размещение позволяет обезвоживать перемычку площадью 50 180 квадратных футов (4662 м ² ) примерно на 26 футов (7,9 м) ниже уровня моря, чтобы завершить строительство подоконника и монолита для навигационного канала Внутренней гавани. сухой. ^[121]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• СМИ, связанные с бетоном, на Викискладе?