Історія бетону
На жаль, вчені не знають, коли і хто почав змішувати розмочену землю чи глину з камінням. Є лише дані археологів - вік будівель, у яких виявили бетон, приблизно 6000 років. Перші зразки виявили в Стародавній Месопотамії, а в Стародавньому Римі бетон застосовували в багатьох будівлях.
Згідно з археологічними дослідженнями, історія бетону почалася із суміші гравію та червоного природного вапна: у стародавній хатині на березі Дунаю знайшли підлогу завтовшки 25 см. Причому такого вапна в цій місцевості не було, її доставляли річкою на відстань до 400 км. Це свідчить про те, що стародавні будівельники добре знали про бетон, його переваги, властивості та спосіб виготовлення, і спеціально виготовляли його, незважаючи на складності.
Цікава історія бетону в країнах Азії - Велику Китайську стіну та багато стародавніх храмів Індії зводили із застосуванням бетону. Потім як сполучного почали застосовувати вапно, що значно покращило його фізичні показники. Найбільш «оригінальні» та багаті будівельники додавали до бетону яєчні жовтки. У африканських країнах виготовлення бетону використовували глину.
Багато вчених стверджують, що застосовувати матеріал почали задовго до дати, визначеної археологами. Але ці будови не збереглися до наших днів.
Справжній розквіт бетон отримав з появою портландцементу — унікального будівельного матеріалу. Одна з найбільш привабливих властивостей портландцементу – міцність бетону з нього з часом збільшується. Близько 50% максимальної міцності він набирає за перші 10-14 днів, далі набір міцності може тривати десятиліттями.
Портландцемент почали масово використовувати із середини 19 століття. Винахід вібраторів дозволивістотно збільшити міцність бетону та розширити сфери застосування.
Надалі історія бетону тісно пов'язана з використанням арматури - з'явилася можливість створювати дуже міцні та відносно легкі будівельні та інженерні конструкції. Першим почав застосовувати залізні прути для посилення бетону британець Уїлкінсон (1854), надалі багато будівельників удосконалювали технологію виготовлення залізобетону.
У 20-му столітті розробили технологію виробництва попередньо навантажених залізобетонних конструкцій, після чого бетон почали застосовувати у всіх найбільш відповідальних будівельних конструкціях. Залізобетон і зараз займає одну з провідних позицій серед усіх існуючих будівельних матеріалів.
Процес зменшення лінійних розмірів (об'єму) бетону з часом у результаті хімічних, фізичних, фізико-хімічних процесів називається усадкою.
Деформації усадки за постійних умов довкілля розвиваються тривалий час. У процесі хімічної реакції гідроксиду кальцію з вуглекислим газом утворюється карбоніт кальцію, а гідросилікати кальцію, що утворюються, згодом розкладаються. Це і спричиняє усадку, оскільки початковий обсяг реагуючих речовин більше обсягу новоутворень, що вийшли. Ці процеси йдуть до встановлення гігрометричної рівноваги проміжних значень.
Явище, у результаті якого обсяг результуючих новоутворень стає менше сумарного обсягу речовин, що вступають у реакцію, називається контракцією. Зазвичай, вона становить близько 3-5 мл на 100 г цементу.
Загальна контракція поділяється на контракційну пористість та контракційну усадку.
- контракційна пористість є появою всередині цементного каменю сферичних.пір в результаті його гідратації.
- контракційна усадка - зменшення обсягу цементного каменю в цілому.
На нормативну міцність бетону при розтягуванні (R н р) впливають самі чинники, як і міцність при стисканні, причому особливо важливе значення тут має неоднорідність структури бетону. Хоча різні чинники б'ють по величинах R і R н р по-різному. Збільшення витрати цементу збільшує міцність Rн р значно менше, ніж R. Підвищення витрати цементу на 33% збільшує R на 28,5%, а Rн р всього на 12,5%. Зі зростанням В/Ц (водоцеметне співвідношення) опір розриву зменшується менше, ніж опір стиску.
Крім того, величина R н р залежить від зернового складу заповнювача та видів зерен. Пісок і гравій з округленими зернами зумовлюють меншу величину міцності ніж пісок і щебінь з шорсткими незграбними зернами. На величину R ці чинники впливу не надають.
При порівнянні показників міцності у бетонів різних марок з'ясовується, що відношення R н р/R зменшується з підвищенням марки, тобто виходить, що бетони високих марок мають відносно меншу міцність на розтяг.
Стандарти не вимагають спеціальних випробувань бетону на розтяг і не дають жодних вказівок про розміри та форму зразків. Однак, щоб забезпечити рівномірний розподіл навантаження за перерізом зразка, він повинен мати довжину, що перевищує поперечний розмір не менше ніж у 3 рази. Розривне зусилля, як правило, передається через спеціальні заплічки на кінцях зразка. Важливо перед випробуванням захистити зразки від різких перепадів вологості та температури, оскільки це робитьвеликий вплив на результат. Також остаточний результат випробувань залежить від точності установки в машині та правильної геометричної форми зразка. Ексцентрицитет і незначний перекіс можуть сильно позначитися на показнику Rн.
При даній методиці випробування на розтяг, показник міцності, обчислений за формулою Np/Fвиходить досить умовним. Нерідко зразки руйнуються біля заплічників, де виникають значні концентрації напруги. Але навіть при розриві між заплічниками знайдена щільність не менш умовна, оскільки розрив відбувається найчастіше поверхнею дотику цементного каменю з каменеподібними складовими. Оскільки ця поверхня абсолютно випадкова, то розкид показників виходить досить великий.
Як і при стисканні, велике значення має розмір поперечного перерізу зразка: великі значення R н р мають зразки з меншим поперечним перерізом.
Міцність бетону при розтягуванні досить невелика і становить від 1/8 до 1/17 від міцності при стисканні.
Є кілька способів підвищити міцність бетону під час розтягування. Найкращі збільшують щільність бетону. Найпростіший – правильний підбір складу бетону та застосування цементів високої міцності. Допомагає також домішка різних добавок – тонко подрібнених кам'яних матеріалів, трасів та пуццоланів. Найкращий засіб підвищення міцності при розтягуванні – гарне ущільнення бетону шляхом вібрування, вакуумування, віброштампування або центрифугування.