Бето́н (фран. béton, от лат. bitumen – горная смола), искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего материала, воды (реже без неё), заполнителей и специальных добавок. До формования эту смесь называют бетонной смесью. Бетонные работы широко задействуются в возведении конструкций и сооружений.

Дом из бетона.Дом из бетона.Бетон – один из основных строительных материалов, характеризуется высокой технологичностью и достаточно высокими физико-механическими свойствами. Приготовление бетона – малоэнергоёмкий и экологически безопасный процесс. Бетонная смесь пластична, что позволяет формовать из неё изделия и конструкции любой конфигурации. Варьируя состав бетонной смеси, можно получать бетоны с требуемыми свойствами.

Классификация и области применения бетонов

По виду вяжущего материала различают бетоны на неорганических вяжущих (цементные, гипсобетоны, силикатные бетоны, на жидком стекле, на магнезиальных вяжущих, серные), на органических вяжущих (асфальтобетоны, полимербетоны) и на смешанном вяжущем (полимерцементные бетоны).

По структуре подразделяются на бетоны слитного строения (с крупным заполнителем и мелкозернистые), ячеистые бетоны (поробетоны) и крупнопористые бетоны (беспесчаные). Возможны бетоны со смешанной структурой (например, слитного строения с поризованным цементным камнем).

В зависимости от структуры и вида заполнителей получают бетоны с разной средней плотностью (кг/м³): особо тяжёлые (более 2500), тяжёлые (от 1800 до 2500), лёгкие (от 600 до 1800) и особо лёгкие (менее 600).

Особо тяжёлые бетоны изготовляются преимущественно на портландцементе с металлическими заполнителями (чугунная дробь, скрап, обрезки арматуры) или заполнителями из руд (магнетит, гематит, лимонит и т. п.). Плотность бетонов на металлических заполнителях может достигать 6000 кг/м³. Основное назначение таких бетонов – защита от гамма-излучения в радиационно-технологических установках (реакторы АЭС и т. п.). Бетоны защитной оболочки корпуса ядерного реактора не должны терять высокую плотность и заданную марку по прочности, а также другие свои существенные свойства даже при температурах, возможных при аварийном режиме реактора, т. е. быть достаточно жаростойкими.

Тяжёлый бетон – наиболее распространённый вид бетонов. Обычно это цементный бетон, в котором в качестве заполнителей использованы гравий, щебень из плотных горных пород (известняк, гранит, базальт и др.) либо из металлургических шлаков, а также природные (главным образом кварцевые) или дроблёные пески. К тяжёлым бетонам относят также силикатные бетоны на плотных заполнителях. Основные показатели качества тяжёлого бетона – класс прочности на сжатие и морозостойкость. Применяется для несущих конструкций гражданских и промышленных зданий, при строительстве автодорог, аэродромов, гидротехнических сооружений и т. п.

Лёгкий бетон обычно получают, используя пористые заполнители (пемза, туф, керамзит, шлаковая пемза и др.) и обычный или пористый песок. В зависимости от вида заполнителя такие бетоны называют керамзитобетоном, шлакобетоном, пемзобетоном и т. п. Для снижения плотности бетона применяют технологию образования пор в цементном камне (поризацию) газо- или пенообразователями. К лёгким бетонам относят также ячеистые бетоны с плотностью 600–1200 кг/м³. В зависимости от метода поризации их называют газо- или пенобетонами. Основные характеристики лёгких бетонов – прочность на сжатие и средняя плотность. Лёгкие бетоны главным образом используют для ограждающих конструкций, стеновых панелей, реже – в несущих конструкциях (балки, перекрытия). Для целей теплоизоляции получают бетоны на пористых заполнителях без песка – крупнопористый бетон.

Особо лёгкие бетоны в основном ячеистые. Благодаря высокой пористости они имеют низкую теплопроводность и применяются для теплоизоляции. В виде мелкоштучных блоков и в монолитном варианте их применяют для заполнения каркаса зданий. К этой группе относят также крупнопористые бетоны на полимерном связующем и пористых заполнителях.

В зависимости от метода изготовления различают бетон монолитный и сборный. Монолитный бетон с помощью опалубки формуют в рабочем положении непосредственно на стройке, где он и твердеет. Сборный бетон поступает на строительную площадку в виде готовых элементов и конструкций, изготовленных на специализированных предприятиях. 

По назначению бетоны могут быть конструкционными, конструкционно-теплоизоляционными и теплоизоляционными в зависимости от преобладания у них прочностных или теплоизоляционных свойств. Помимо этих основных типов существуют специальные бетоны: жаростойкие бетоны, кислотоупорные, дорожные, гидротехнические, фибробетоны, бетонополимеры, торкрет-бетоны, электропроводящие и др.

Физико-технические характеристики бетона

Под термином «бетон» обычно подразумевают тяжёлый цементный бетон, т. к. именно он был и остаётся основным видом бетона в строительстве. О механизме твердения бетона подробнее см. статью Цемент.

Основные свойства бетона – плотность, прочность при сжатии и растяжении, морозостойкость и теплопроводность.

Важнейший показатель качества конструкционных бетонов – их прочность на сжатие, которая определяется испытанием на сжатие бетонных образцов – кубов, твердевших 28 сут. в стандартных условиях (на воздухе при температуре 15–20 °C и относительной влажности 90–100 %). Так как бетон материал неоднородный, то при проектировании и изготовлении бетонных изделий используют понятие класс бетона – величину, учитывающую коэффициент вариации прочности, т. е. гарантированную прочность с обеспеченностью 0,95. Наиболее часто используют бетоны классов от В7,5 до В35 (МПа). При использовании высокопрочного портландцемента и суперпластификаторов может быть получен бетон классов от В40 до В90. Прочность бетона на растяжение в 5–10 раз ниже прочности на сжатие. Этот недостаток компенсируется армированием бетона (железобетон).

Морозостойкость бетона зависит в основном от его капиллярной пористости. Марки по морозостойкости от F100 до F500 и выше; определяются они числом циклов «замораживания – оттаивания» до потери бетоном более 5 % первоначальной прочности. Марки бетона по водонепроницаемости W2; W4; W6; W8 и т. д. (число – давление воды в атмосферах, при котором бетон при стандартных испытаниях не пропускает воду).

Основная проблема технологии тяжёлого бетона – оптимизация количества воды, необходимой для его приготовления. С одной стороны, нужно иметь удобоукладываемую смесь, что требует достаточно большого расхода воды. С другой стороны, следует обеспечить получение бетона высокой прочности и долговечности, что требует минимизации расхода воды, т. к. её избыток увеличивает пористость бетона. Это противоречие решается либо снижением расхода воды (при этом потеря удобоукладываемости смеси компенсируется интенсивным механическим уплотнением), либо использованием пластификаторов и суперпластификаторов, обеспечивающих пластичность смеси при малом расходе воды. 

Историческая справка

Бетон – один из старейших строительных материалов. В Междуречье, Китае, Древнем Египте, Древней Греции, Древнем Риме и других странах бетоны на различных вяжущих (асфальте, глине, гипсе) использовали при сооружении арен, акведуков, возведении фундаментов зданий. До наших дней в Риме сохранился Пантеон с куполом диаметром 43,2 м, выполненным из бетона на известково-пуццолановом вяжущем.

Интерьер Пантеона, Рим. 1-я четверть 2 в.Интерьер Пантеона, Рим. 1-я четверть 2 в.С падением Римской империи бетон был забыт. Применение его возобновилось лишь в эпоху Возрождения в западных, западно-европейских странах. Тогда в качестве вяжущего в бетонах использовали гидравлическую известь и романцемент. Из бетона возводились фундаменты, гидротехнические сооружения и т. п. В 1824 г. Дж. Аспдин в Англии получил патент на способ изготовления портландцемента, что послужило толчком к развитию и совершенствованию технологии бетона. Распространению бетона способствовало изобретение в 19 в. железобетона. К концу 19 в. бетон завоевал прочные позиции в строительстве во всём мире.

Первые исследования в области теории бетона относятся к концу 19 в. В 1895 г. российский учёный И. Г. Малюга определил зависимость между содержанием воды в бетонной смеси и прочностью бетона. В 1918 г. Д. Абрамс (США) установил количественную зависимость прочности бетона от водно-цементного фактора и подвижности бетонной смеси от её состава. Научные основы проектирования состава бетона с заданными свойствами были развиты в 1932–1941 гг. советским учёным Н. М. Беляевым. Тогда же И. Боломе (Швейцария) упростил практическое применение сложной формулы состава бетонной смеси, предложив использовать при проектировании линейную зависимость прочности бетона от обратной величины – цементно-водного отношения. Уточнение этой зависимости для обычных и высокопрочных бетонов и расчёт состава бетонов по методу абсолютных объёмов в 1965 г. предложил Б. Г. Скрамтаев. Этот метод используется и в настоящее время.

В 30-х гг. 20 в. в технологию бетона вошёл метод виброуплотнения, позволивший использовать жёсткие бетонные смеси и получать бетон высокой прочности. В 1930–1950-х гг. началось активное применение лёгких бетонов. Во 2-й половине 20 в. в технологию бетона вошли пластификаторы и суперпластификаторы, позволившие получать бетоны с высокой прочностью, морозостойкостью и водонепроницаемостью из пластичных смесей, с минимальным виброуплотнением и даже без него.

Производство новых видов вяжущих материалов и полимерных добавок, а также использование полимеров в качестве вяжущих веществ существенно расширило номенклатуру бетонов: появились полимербетоны, бетонополимеры, безусадочные, расширяющиеся и др. В 2020 г. мировой объём производства бетонов различных видов составил 14 млрд м³.