Бетон

Бетон (франц.), искусствен. строительный материал, состоящий из щебня, или гальки, или хряща, или гравия, обильно смоченных водой и смешанных затем с строительным раствором; последний состоит из цементирующего вещества, песка и воды. Б. вследствие входящей в его состав воды имеет вначале вид сырой или пластичной массы, а затем, положенный тотчас по его изготовлении на место, твердеет в плотный, твердый и прочный монолит; это происходит под действием физических и химических процессов, кот. происходят в веществах, входящих в составь Б. - Б. был известен еще вавилонянам, египтянам, грекам и римлянам; Китайская стена (за 214 л. до P. X.) построена главным образом из Б.; в Мексике найдены бетонные фундаменты, как следы неизвестной культуры. Наибольшее распространение Б. в древности получил в приморских государствах: Кароагене, Греции и Риме. Забытый в средние века, Б. был снова введен в строительное искусство в конце XVIII в. В 1796 г. в Англии были получены роман-цемент и в 1824 г. портланд-цемент. Изученный Вика, Михаэлисом и Шуляченко, портланд-цемент даль возможность строителям применять Б. в самых широких размерах. К входящим в состав Б. цементирующим веществам относятся, гл. образ., гидравлические цементы: гидравлическая известь, пуццолана, трас, санторинская земля, роман-цемент и портланд-цемент. Однако, наибольшее. почти исключительное, применение в составе Б. имеет только лишь портланд-цемент, постоянные, определенные свойства которого могут в должной мере обеспечить необходимые качества Б.

При помощи портланд-цемента соединяются в монолитную массу либо один песок (песчаный Б.), либо песок и искусственно или естественно измельченные прочные каменные породы (гранит, гнейс, базальт, диорит, диабаз, кварцит, твердый песчаник, твердый известняк). К естественно измельченным породам относятся: гравий и хрящ (угловатые) и галька (округлая); а к искусственно измельченным породам относится щебень (битый камень). Наибольшие размеры гравия и щебенки - 60 мм. Битый щебень приготовляется либо вручную, либо дезинтеграторами (дробилками) механическим путем. В неответственных частях построек применяется иногда и кирпичный щебень и шлаки. Гравий, хрящ, галька, щебень должны быть промыты водой, прогрохочены и не содержать битой мелочи, земли, глины и органических примесей. Песок должен быть чистый, твердый, без землистых, глинистых и органических примесей. Размеры песка могут быть: от 5 до 2 мм. - крупные, от 2 до 0,5 мм. - средние и мельче 0,5 мм. - мелкие пески; мелкие пески для Б. хуже. В некот. случаях песок и гравий особо не разделяются, а к цементу примешиваются совместно; эта примесь называется тогда балластом.

При отсутствии на месте хороших, чистых песков и гравия, можно получать их путем промывки особыми машинами; одна из таковых, пескомойка инженеров Хмелева-Бочарова, применялась для указ. цели с большим успехом и поставлена для промывки и сортировки песка и гравия на фильтрах Петерб. и Москов. водопроводов. Вода для Б. должна быть чистая, нежесткая, без органических жидкостей, без растворенных в ней солей; морская вода однако применяется. Портланд-цемент должен главным образом обладать постоянством объема (проба - лепешкой в воде и в воздушной и паровой бане); лепешка должна после пробы сохраниться без трещин и искривлений. Кроме этого испытания портланд-цемент подвергается и должен удовлетворять еще всем испытаниям, указанным в нормальных технич. условиях по его испытанию и приемке.

Пустот в песке заключается от 30% до 50%, а в щебне - от 33% до 50%; в смешанном балласте разных размеров % пустот гораздо меньше. Задача при составлении Б. главн. образ. сводится к заполнению пустот в песке портланд-цементом, а в щебне раствором, состоящим из песка и цемента. В зависимости от степени заполнения пустот в песке и в щебне Б. классифицируется, согласно проф. Федоровичу (принято на ХIII цем.-бетонном съезде 1910 г. в Петербурге), на Б. жирные и тощие и Б. плотные и пористые. В жирных Б. заполнены цементом все пустоты песка, в тощих Б. часть пустоты песка остается не заполнена; в плотных Б. заполнены раствором все пустоты щебня, в пористых Б. часть пустот щебня остается не заполнена. Кроме того, могут быть различаемы Б. жирные-плотные, жирные-пористые, тощие-плотные и тощие-пористые. При назначении дозировки Б. для каких-либо материалов, необходимо опытным путем определить в них % пустот и иметь еще кроме того в виду указания Диккерлофа, что в Б. должен быть положен добавок раствора в 15%. При упомянутых %% пустот, а равно 15% добавки, применяются составы:

Цифра 1 означает здесь один объем портланд-цемента, второй ряд цифр объем песка, третий ряд - объем щебня или гравия. Для железобетона (Ж.-Б.), в котором часть Б. как бы замещается железом, берут несколько иные соотношения, с меньшим содержанием песка и гравия: от 1:1:2 до 1:2:4. Для Ж.-Б. берут щебень меньших размеров - до 20 мм. Вес кубич. метра в расчеты вводится: для Б. - 2.200 кгр. и Ж.-Б. - 2.400 кгр. Отмеривание всех составных частей Б. большей частью производится по объемам. Иногда отмеривают по объемам только песок и гравий, а цемент берут по весу, принимая, что один куб. метр цемента средней рыхлости весит 1.400 кгр. Дозированные составные части Б. перемешиваются различно: либо смешивают сначала цемент с песком, а затем добавляют щебень, либо смешивают сначала песок с гравием, а затем добавляют цемент. Песок должен быть сухим, а щебень и гравий мокрые; при смешивании добавляется вода. Иногда смесь цемента с песком смачивается водой, а затем добавляется мокрый щебень. Правило Вика - густой раствор и мокрый щебень. Само перемешивание происходит либо вручную на деревянном полке, либо машинами (бетоньерки); эти последние бывают различных конструкций, но главным образом двух систем - либо наполнение, перемешивание и опорожнение бетоньерки чередуется (машины периодического действия); либо работа происходит непрерывно (машины непрерывного действия). Во всяком случае, Б. должен быть очень тщательно перемешан. Многие строители предпочитают более дорогое и белее медленное ручное перемешивание, находя, что при перемешивании вручную Б. получается однороднее. Выход Б., т.-е. полученный объем Б. в деле, составляет около 65% суммы всех объемов составных частей Б.

Положение Б. на место зависит от того, куда идет Б.: на воздушные, подводные или железобетонные работы. При воздушных работах Б. укладывается слоями примерно до 200 мм. и трамбуется деревянными или металлическими трамбовками весом до 12 килогр., до приобретения пластичного вида; при этом цементная жидкость выступает на поверхности Б. Для монолитности Б. построек желательно производить работы без перерыва; в случае перерыва в работе необходимо при ее возобновлении обновлять поверхность затвердевшего Б. граблями, жестким тупым веником (щеткой), обмывать водой и только после этого класть Б. далее. При перерывах в работах оставшийся и неположенный в дело Б. необходимо выбрасывать, но никак не применять его по его затвердевании. В жаркую и сухую погоду должно смачивать положенный на место Б. водой и закрывать его. Для воздушных Б. работ устраивают стенки, опалубку, и формы из дерева или железа. При подводных Б. работах применяют деревянные или железные трубки и ящики с откидывающимся дном, при помощи которых Б. проходит слой воды до места, не размываясь. Под водой Б. укатывается тяжелыми валками. При Ж.-Б. работах устраивают прочные и жесткие формы и размещают в них надлежащим образом определенное расчетом железо и укладывают Б., как в воздушных работах, особенно заботясь, чтобы все промежутки между стенками формы и железом были заполнены Б. "Раскружаливание" и снятие форм происходит не ранее 28 дней после конца работ по укладке Б.

Свойства Б. заключаются в следующем: затвердевший Б. не вполне подчиняется закону Гука; для него, как и для чугуна, с возрастанием напряжения величина модуля упругости уменьшается. При расчетах принимают, что модуль упругости - сжатию E_d=140.000 кил. на кв. см. и растяжении E_z=56.000 кил. на кв. см. Коэффициент линейного расширения Б. от температуры на 1° С. принимается равным 0.0000135. Коэффициент крепости Б. сжатию (временное сопротивление сжатию) через 28 дней должно быть не менее 150 кил. на кв. см. Коэффициент крепости растяжения K_z и скалыванию K_s составляют от коэффициента крепости сжатию К части: K_z=¹/₁₀K и K_s-¹/₇K. Вообще Б. хорошо сопротивляется сжатию и плохо растяжению и скалыванию, поэтому в конструкциях различается Б. главным образом в сжатых частях; в частях растянутых и подверженных скалыванию размещается еще железо для восприятия этих напряжений. Высокая температура дейст. на Б. незначительно. По опытам Воольсона жара до 1200° понижает крепость Б. на 28%. Произведенные опыты показывают, что Б. толщиной 25 мм. вполне предохраняют железо от огня. Так. образ. можно заключить, что Б. вполне огнестоек. Влияние на Б. мороза тоже не ощутительно; чем более в Б. поглощено воды при гидратации цемента, тем Б. более морозостоек. Водопроницаемость Б. зависит от состава и возраста его. Обыкновенно далее очень прочные Б. водонепроницаемы. Для уничтожения этого недостатка Büssing - Schuman рекомендуют добавлять в Б. воздушную известь от ¹/₂ до 2 весовых частей на 1 весовую часть цемента. Водонепроницаемость Б. достигается еще покрытием его жирной цементной штукатуркой, тщательно затертой штукатурными железными терками. Кроме того, можно для той же цели покрывать поверхность Б. флуатами, тесталином, аквабаром, квасцами с мылом. Изменение объема (не одно и то же, что непостоянство объема) Б. зависит от химических и физических процессов, происходящих в Б. При твердении на воздухе Б. садится линейно на 0,0004 в среднем, а при твердении в воде Б. расширяется линейно на 0,000035 в среднем. Коэффициент теплопроводности Б. зависит от находящегося в нем цемента; чем более в нем цемента, тем более и теплопроводность Б. Коэффициент внутренней теплопроводности Б. по данным проф. Н. Н. Георгиевского колеблется от 0,495 до 0,587 килогр. час метр на 1° Ц. Воздухопроницаемость Б. выражается коэффициентами: А=0,00038, В=15,5, С=0, где А коэффициент проницаемости - он показывает количество воздуха в литрах, проходящего через стену толщиной в 1 метр, площадью в 1 квадр. метр при разности давлений на разные стороны стены в 1 килогр. на кв. см.; В - количество воздуха в литрах, проходящее при тех же условиях при разности давления в 108 килог. на кв. см. и при сухом Б.; С - количество воздуха при всех последних условиях, но при мокром Б.

Б. подверг. испыт. на сжатие, растяжение и скалывание; главным, однако, образом на сжатие. Для этого из укладываемого в дело Б. приготовляют кубы 20.20.20 или 30.30.30 см. По прошествии 28 и 42 дней эти кубы подвергаются раздроблению в особых прессах, сила которых доходит до 300-500 атмосфер. Испытания производятся по преимуществу в официальных лабораториях. (Инст. Путей Сообщения в СПБ.; лаборатории Училища Живописи, Зодчества и Ваяния, Инженерн. Училища и Технич. Учил. в Москве; в лаборатории Магистрата города Варшавы; Испыт. Станция Новочеркасского Политехникума и др.).

Б. и Ж.-Б. находят большое применение в строительном деле: подводные работы, фундаменты, мосты, сваи, заводские дымовые трубы, целые грандиозные здания возводятся из этого искусственного материала. Из Б. выделываются канализационные трубы и пустотелые Б. камни; эти последние составляют особую отрасль дешевого огнестойкого материала для постройки жилых зданий. Развитие Ж.-Б. дало особо большое применение Б. в постройках. Ж.-Б., этот послушный в руках строителя материал, предназначается для выполнения, как любых отдельных частей зданий, почти недоступных для выполнения из других материалов, так и для производства целых, самых разнообразных сложных конструкций и сооружений.

Для Б. особых норм не имеется, но для Ж.-Б. установлены: "Технич. условия для Ж.-Б. сооружений, утв. мин. пут. сообщ. 30 мая 1908 г."; "Нормы расчета прочности Ж.-Б. сооружений", прин. русскими цем. - бет. съездами 1908 и 1910 гг. и находящиеся на утвер. мин. пут. сообщ.; "Инстр. к нормам для расчета прочности Ж.-Б. сооружений", разраб. в 1910 г. при ближайшем участии Бетонного отдела Моск. Отделения Импер. Русск. Техн. Общества и наход. на утвер. в мин. пут. сообщ.

Н. Лахтин.

Источники:

1. Энциклопедический словарь Русского библиографического института Гранат. Том 5/11-е стереотипное издание, до 33-го тома под редакцией проф. Ю. С. Гамбурова, проф. В. Я. Железнова, проф. М. М. Ковалевского, проф. С. А. Муромцева и проф. К. А. Тимирязева- Москва: Русский Библиографический Институт Гранат - 1937.