БЕТО́Н

БЕТО́Н (франц. béton, от лат. bitumen – гор­ная смо­ла), ис­кусств. ка­мен­ный ма­те­ри­ал, по­лу­чае­мый в ре­зуль­та­те фор­мо­ва­ния и твер­де­ния ра­цио­наль­но по­до­бран­ной сме­си, со­стоя­щей из вя­жу­ще­го ма­те­риа­ла, во­ды (ре­же без неё), за­пол­ни­те­лей и спец. до­ба­вок; до фор­мо­ва­ния эту смесь на­зы­ва­ют бе­тон­ной сме­сью. Об из­го­тов­ле­нии кон­ст­рук­ций и из­де­лий из Б. см. в ст. Бе­тон­ные ра­бо­ты.

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

Классификация и области применения бетонов

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

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

В за­ви­си­мо­сти от струк­ту­ры и ви­да за­пол­ни­те­лей по­лу­ча­ют Б. с раз­ной ср. 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 пре­им. на порт­ланд­це­мен­те с ме­тал­лич. за­пол­ни­те­ля­ми (чу­гун­ная дробь, скрап, об­рез­ки ар­ма­ту­ры) или за­пол­ни­те­ля­ми из руд (маг­не­тит, ге­ма­тит, ли­мо­нит и т. п.). Плот­ность Б. на ме­тал­лич. за­пол­ни­те­лях мо­жет дос­ти­гать 6000 кг/м³. Осн. на­зна­че­ние та­ких Б. – за­щи­та от γ-из­лу­че­ния в ра­ди­ац.-тех­нич. ус­та­нов­ках (ре­ак­то­ры АЭС и т. п.). Б. за­щит­ной обо­лоч­ки кор­пу­са ядер­но­го ре­ак­то­ра кро­ме вы­со­кой плот­но­сти и за­дан­ной мар­ки по проч­но­сти не долж­ны те­рять свои свой­ст­ва да­же при темп-рах, воз­мож­ных при ава­рий­ном ре­жи­ме ре­ак­то­ра, т. е. быть дос­та­точ­но жа­ро­стой­ки­ми.

Тя­жё­лый бе­тон – наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ный вид Б. Обыч­но это це­мент­ный Б., в ко­то­ром в ка­че­ст­ве за­пол­ни­те­лей ис­поль­зо­ва­ны гра­вий, ще­бень из плот­ных гор­ных по­род (из­вест­няк, гра­нит, ба­зальт и др.) ли­бо из ме­тал­лур­гич. шла­ков, а так­же при­род­ные (гл. обр. квар­це­вые) или дроб­лё­ные пес­ки. К тя­жё­лым Б. от­но­сят так­же си­ли­кат­ные Б. на плот­ных за­пол­ни­те­лях. Осн. по­ка­за­те­ли ка­че­ст­ва тя­жё­ло­го Б. – класс проч­но­сти на сжа­тие и мо­ро­зо­стой­кость. При­ме­ня­ет­ся для не­су­щих кон­ст­рук­ций гражд. и пром. зда­ний, при строи­тель­ст­ве ав­то­до­рог, аэ­ро­дро­мов, гид­ро­тех­нич. 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 Б. на­зы­ва­ют ке­рам­зи­то­бе­то­ном, шла­ко­бе­то­ном, пем­зо­бе­то­ном и т. п. Для сни­же­ния плот­но­сти Б. при­ме­ня­ют тех­но­ло­гию об­ра­зо­ва­ния пор в це­мент­ном кам­не (по­ри­за­цию) га­зо- или пе­но­об­ра­зо­ва­те­ля­ми. К лёг­ким бе­то­нам от­но­сят так­же ячеи­стые Б. с плот­но­стью 600–1200 кг/м³; в за­ви­си­мо­сти от ме­то­да по­ри­за­ции их на­зы­ва­ют га­зо- или пе­но­бе­то­на­ми. Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки лёг­ких Б. – проч­ность на сжа­тие и сред­няя плот­ность. Лёг­кие Б. гл. обр. ис­поль­зу­ют для ог­ра­ж­даю­щих кон­ст­рук­ций, сте­но­вых па­не­лей, ре­же в не­су­щих кон­ст­рук­ци­ях (бал­ки, пе­ре­кры­тия). Для це­лей те­п­ло­изо­ля­ции по­лу­ча­ют Б. на по­рис­тых за­пол­ни­те­лях без пес­ка – круп­но­по­рис­тый Б.

Осо­бо лёг­кие бе­то­ны в осн. 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 Б. на по­ли­мер­ном свя­зую­щем и по­рис­тых за­пол­ни­те­лях.

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

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

Физико-технические характеристики бетона

Под тер­ми­ном «Б.» обыч­но под­ра­зу­ме­ва­ют тя­жё­лый це­мент­ный Б., т. к. имен­но он был и ос­та­ёт­ся осн. ви­дом Б. в строи­тель­ст­ве. О ме­ха­низ­ме твер­де­ния Б. см. в ст. Це­мент.

Осн. свой­ст­ва Б. – плот­ность, проч­ность при сжа­тии и рас­тя­же­нии, мо­ро­зо­стой­кость и те­п­ло­про­вод­ность.

Важ­ней­ший по­ка­за­тель ка­че­ст­ва кон­ст­рукц. Б. – их проч­ность на сжа­тие, ко­то­рая оп­ре­де­ля­ет­ся ис­пы­та­ни­ем на сжа­тие бе­тон­ных об­раз­цов – ку­бов, твер­дев­ших 28 сут в стан­дарт­ных ус­ло­ви­ях (на воз­ду­хе при темп-ре 15–20 °C и от­но­сит. влаж­но­сти 90–100%). Т. к. Б. ма­те­ри­ал не­од­но­род­ный, то при про­ек­ти­ро­ва­нии и из­го­тов­ле­нии бе­тон­ных из­де­лий ис­поль­зу­ют по­ня­тие класс Б. – ве­ли­чи­ну, учи­ты­ваю­щую ко­эф. ва­риа­ции проч­но­сти, т. е. га­ран­ти­ро­ван­ную проч­ность с обес­пе­чен­но­стью 0,95. Наи­бо­лее час­то ис­поль­зу­ют Б. клас­сов от В7,5 до В35 (МПа). При ис­поль­зо­ва­нии вы­со­ко­проч­но­го порт­ланд­це­мен­та и су­пер­пла­сти­фи­ка­то­ров мо­жет быть по­лу­чен Б. клас­сов от В40 до В90. Проч­ность Б. на рас­тя­же­ние в 5–10 раз ни­же проч­но­сти на сжа­тие; этот не­дос­та­ток ком­пен­си­ру­ет­ся ар­ми­ро­ва­ни­ем Б. (см. в ст. Же­ле­зо­бе­тон).

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

Осн. про­бле­ма тех­но­ло­гии тя­жё­ло­го Б. – 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 Б. вы­со­кой проч­но­сти и дол­го­веч­но­сти, что тре­бу­ет ми­ни­ми­за­ции рас­хо­да во­ды, т. к. её из­бы­ток уве­ли­чи­ва­ет по­рис­тость Б. Это про­ти­во­ре­чие ре­ша­ет­ся ли­бо сни­же­ни­ем рас­хо­да во­ды (при этом по­те­ря удо­бо­ук­ла­ды­вае­мо­сти сме­си ком­пен­си­ру­ет­ся ин­тен­сив­ным ме­ха­нич. уп­лот­не­ни­ем), ли­бо ис­поль­зо­ва­ни­ем пла­сти­фи­ка­то­ров и су­пер­пла­сти­фи­ка­то­ров, обес­пе­чи­ваю­щих пла­стич­ность сме­си при ма­лом рас­хо­де во­ды.

Историческая справка

Б. – один из ста­рей­ших стро­ит. ма­те­риа­лов. В Ме­ж­ду­ре­чье, Ки­тае, Егип­те, Древ­ней Гре­ции, Древ­нем Ри­ме и др. стра­нах Б. на разл. 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 Б. на из­вест­ко­во-пуц­цо­ла­но­вом вя­жу­щем. С па­де­ни­ем Рим­ской им­пе­рии Б. был за­быт; при­ме­не­ние его во­зоб­но­ви­лось лишь в эпо­ху Воз­ро­ж­де­ния в зап.-ев­роп. стра­нах. То­гда в ка­че­ст­ве вя­жу­ще­го в Б. ис­поль­зо­ва­ли гид­рав­лич. из­весть и ро­ман­це­мент. Из Б. воз­во­ди­лись фун­да­мен­ты, гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ния и т. п. В 1824 Дж. Ас­пдин в Анг­лии по­лу­чил па­тент на спо­соб из­го­тов­ле­ния порт­ланд­це­мен­та, что по­слу­жи­ло толч­ком к раз­ви­тию и со­вер­шен­ст­во­ва­нию тех­но­ло­гии Б. Рас­про­стра­не­нию Б. спо­соб­ст­во­ва­ло изо­бре­те­ние в 19 в. же­ле­зо­бе­то­на. К кон. 19 в. Б. за­вое­вал проч­ные по­зи­ции в строи­тель­ст­ве во всём ми­ре.

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

В 30-х гг. 20 в. в тех­но­ло­гию Б. во­шёл ме­тод виб­ро­у­п­лот­не­ния, по­зво­лив­ший ис­поль­зо­вать жё­ст­кие бе­тон­ные сме­си и по­лу­чать Б. вы­со­кой проч­но­сти. В 1930–50-х гг. на­ча­лось ак­тив­ное при­ме­не­ние лёг­ких Б. Во 2-й пол. 20 в. в тех­но­ло­гию Б. во­шли пла­сти­фи­ка­то­ры и су­пер­пла­сти­фи­ка­то­ры, по­зво­лив­шие по­лу­чать Б. с вы­со­кой проч­но­стью, мо­ро­зо­стой­ко­стью и во­до­не­про­ни­цае­мо­стью из пла­стич­ных сме­сей с ми­ним. виб­ро­у­п­лот­не­ни­ем и да­же без не­го.

Про­из-во но­вых ви­дов вя­жу­щих ма­те­риа­лов и по­ли­мер­ных до­ба­вок, а так­же ис­поль­зо­ва­ние по­ли­ме­ров в ка­че­ст­ве вя­жу­щих ве­ществ су­ще­ст­вен­но рас­ши­ри­ло но­менк­ла­ту­ру Б.: поя­ви­лись по­ли­мер­бе­то­ны, бе­то­но­по­ли­ме­ры, без­уса­доч­ные, рас­ши­ряю­щие­ся и др. К нач. 21 в. ми­ро­вой объ­ём про­из­вод­ст­ва Б. разл. ви­дов со­став­лял бо­лее 2 млрд. м³ в год.