Уже на протяжении 4000 лет бетон используется как строительный материал. Еще в Древнем Риме он являлся основным для возведения жилых домов и не только. Это обуславливается выгодным расположением Италии, вулканическая порода, которая здесь преобладает являлась и является одним из доступнейших компонентов для изготовления бетона.
Бетон является композитным материалом, в состав которого входит несколько компонентов. К основным компонентам относятся цемент, вода и заполнитель (песок или щебень). Также могут включаться различные добавки, улучшающие его свойства.
1) Цемент — это основной связующий материал в бетоне. Он обладает свойством затвердевать при смешивании с водой, образуя твердый каменный материал. В состав цемента входят главным образом кальций, кремний, алюминий и железо. Существует несколько видов цемента, которые отличаются по составу и свойствам.
2) Вода — используется для растворения цемента и создания пластичной массы. Вода также участвует в химических реакциях, которые происходят при затвердевании бетона.
3) Заполнитель — используется для создания объема и структуры бетона.
В качестве заполнителя обычно используют песок или щебень. Песок используется для создания тонких слоев бетона, а щебень — для создания толстых слоев.
4) Добавки — используются для улучшения свойств бетона, таких как прочность, водонепроницаемость, устойчивость к морозу и т.д. В состав добавок могут входить пластификаторы, ускорители затвердевания, антифризы и т.д.
В зависимости от требуемых свойств бетона, его состав может изменяться. Например, для создания бетона высокой прочности используется цемент с высоким содержанием портландцемента и мелкозернистый песок. Для создания бетона с высокой водонепроницаемостью могут использоваться гидрофобные добавки.
Таким образом, состав бетона может быть различным в зависимости от его предназначения и требуемых свойств. Согласно ГОСТ 25192-2012 «Бетоны.
Классификация и общие технические требования» и ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего вещества, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.
Свойства бетона зависят от его состава и используемых добавок.
Некоторые из основных свойств бетона включают:
1) Прочность — одно из наиболее важных свойств бетона. Бетон должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать нагрузки, такие как вес зданий или мостов. Прочность бетона зависит от многих факторов, включая его состав, соотношение компонентов и условия затвердевания.
2) Водонепроницаемость — бетон должен быть устойчив к проникновению воды. Если бетон не является водонепроницаемым, это может привести к повреждению зданий и инфраструктуры. Для улучшения водонепроницаемости бетона могут использоваться различные добавки.
3) Устойчивость к морозу — бетон должен быть способен выдерживать экстремальные температуры без разрушения. Если бетон не является устойчивым к морозу, это может привести к трещинам и повреждению структуры.
4) Пластичность — бетон должен быть достаточно пластичным, чтоб легко формироваться в нужную форму. При этом он должен сохранять свою форму и не деформироваться при затвердевании.
5) Огнестойкость — бетон должен быть способен выдерживать высокие температуры без разрушения. Это особенно важно для зданий, которые могут подвергаться пожарам.
6) Эластичность — бетон должен быть достаточно эластичным, чтобы выдерживать деформации без разрушения. Это особенно важно для зданий, которые могут подвергаться сейсмическим воздействиям.
7) Устойчивость к химическим воздействиям — бетон должен быть устойчивым к химическим веществам, таким как кислоты и щелочи. Если бетон не является устойчивым к химическим воздействиям, это может привести к повреждению структуры.
8) Экологичность — бетон должен быть экологически безопасным и не иметь негативного воздействия на окружающую среду.
Эти свойства бетона могут быть улучшены путем использования различных добавок и правильного соотношения компонентов.
Как правило, бетонные конструкции обладают высокой огнестойкостью.
Однако бетон не единичный материал. Скорее его можно рассматривать как семейство родственных материалов с иногда довольно разными физическими свойствами. Таким образом, обеспечить всесторонний обзор влияния температуры на физические свойства всех видов бетона непросто.
Основной составляющей снижения плотности является потеря воды. При нагревании в ходе пожара кальциевый гидросиликат (основной компонент цементного и известкового камня) начинает постепенно терять воду, причем тем больше, чем больше температура и длительность нагревания. Процесс дегидратации происходит в интервале температур от 120-150 до 600-700°C.
При нагреве бетон испытывает изменение своих физических и механических свойств. Это происходит из-за того, что бетон состоит из различных компонентов, которые имеют разные температурные характеристики.
При нагреве до температуры около 100 градусов Цельсия происходит выделение воды из бетона, которая является одним из его компонентов. Это может привести к уменьшению объема бетона и возникновению трещин. Также при нагреве до этой температуры происходит изменение свойств цемента, который является основным компонентом бетона. Он начинает терять свою прочность и жесткость.
При дальнейшем нагреве до температуры около 300 градусов Цельсия происходит дегидратация цемента, что приводит к значительному снижению его прочности. Также при этой температуре начинают распадаться другие компоненты бетона, такие как щебень и песок.
Микротрещины в бетоне начинают образовываться при 300-400°C. При 500°C трещины увеличиваются настолько, что становятся видны невооруженным глазом (ширина не менее 0,1 мм).
При температуре 600-800°C ширина раскрытия трещин достигает 0,5-1,0 мм, а при 700-800°C фиксируются визуально видимые разрушения на бетоне — отслоение защитного слоя на железобетонных изделиях. Происходит кристаллизация и распад карбонатных минералов, которые могут быть содержаться в цементе и других компонентах бетона. Это может привести к значительному изменению свойств бетона и снижению его прочности.
При нагреве до температуры около 1000 градусов Цельсия происходит плавление бетона. При этой температуре бетон теряет свою прочность и жесткость и может начать распадаться.
Таким образом, при нагреве бетон может испытывать различные изменения своих свойств, которые зависят от температуры и продолжительности нагрева. Это может привести к снижению прочности и жесткости бетона, а также к возникновению трещин и других деформаций.
С целью повышения устойчивости бетона к нагреву, могут применяться различные добавки, например, алюминатный цемент, которые улучшают его термические свойства. Также, при проектировании зданий и сооружений, необходимо учитывать возможность пожара и применять соответствующие меры безопасности, такие как установка систем пожарной сигнализации и автоматического пожаротушения.