Бетон (франц. beton), искусственный каменный материал, получаемый из рационально подобранной смеси вяжущего вещества (с водой, реже без нее), заполнителей и специальных добавок (в некоторых случаях) после ее формования и твердения; один из основных строительных материалов. До формования указанная смесь называется бетонной смесью.
Бетонная смесь — рационально подобранная и тщательно перемешанная смесь:
вяжущих веществ: цемента, битума и т. д.
воды
заполнителей: песок, гравий, щебень, шлак
и добавок.
Жесткость бетонных смесей — характеристика бетонной смеси, определяемая временем вибрирования (в секундах), необходимым для того, чтобы отформованная в виде конуса стандартных размеров бетонная смесь равномерно распределилась по высоте во внутреннем кольце и внешнем цилиндре технического вискозиметра.

Консистенция бетонной смеси — состояние подвижности бетонной смеси, характеризующее состояние совокупности всех сил внутреннего сцепления частиц твердой фазы. В зависимости от консистенции различают подвижные и жесткие бетонные смеси.

Подвижная бетонная смесь — бетонная смесь, обладающая способностью растекаться без расслаивания и заполнять форму под влиянием собственной массы или небольшого механического воздействия.

Подвижность смеси характеризуется величиной осадки конуса стандартных размеров из контролируемой бетонной смеси под действием собственной массы.

Историческая справка. При возведении массивных сооружений и таких конструкций, как своды, купола, триумфальные арки, еще древние римляне использовали бетон и в качестве вяжущих материалов применяли глину, гипс, известь, асфальт. С падением Римской империи применение бетона практически прекратилось и возобновилось лишь в 18 в. в западноевропейских странах.

Развитие и совершенствование технологии бетона связано с производством цемента, который появился в России в начале 18 в. По архивным свидетельствам на строительстве Ладожского канала в 1728-29 был использован цемент, изготовленный на цементном заводе, существовавшем в Конорском уезде Петербургской губернии В 1824 Дж. Аспдин получил в Англии патент на способ изготовления гидравлического цемента. Первый цементный завод во Франции был открыт в 1840, в Германии — в 1855, в США — в 1871. Распространению бетон способствовало изобретение в 19 в. железобетона.

Широкое применение бетона в СССР было подготовлено трудами русских ученых Н. А. Белелюбского, А. Р. Шуляченко и И. Г. Малюги, разработавших совместно в 1881 первые нормы на портландцемент. В 1890 И. Самович опубликовал результаты испытаний прочности растворов с различным содержанием цемента и предложил составы бетонной смеси для получения бетон наибольшей плотности. Профессор И. Г. Малюга в 1895 установил качественную зависимость между прочностью бетон и процентным содержанием воды в массе цемента и заполнителей. В работе американского ученого Д. Абрамса, опубликованной в США в 1918, были даны подробные графические зависимости прочности бетон от водо-цементного отношения и подвижности бетонной смеси, от состава бетон, крупности заполнителей и водо-цементного отношения. Научные основы проектирования состава бетон с учетом его прочности и подвижности бетонной смеси были развиты советским ученым Н. М. Беляевым. Представления о зависимости прочности бетон от водо-цементного отношения радикально не изменялись в течение длительного времени. Швейцарский ученый Боломе упростил практическое применение этой сложной (гиперболической) зависимости путем перехода к линейной зависимости прочности бетон от обратной величины — цементно-водного отношения. В течение ряда лет эта зависимость применялась на практике. В 1965 советским ученым профессором бетон Г. Скрамтаевым совместно с др. исследователями было установлено, что линейная зависимость справедлива лишь в определенном диапазоне изменения цементно-водного отношения.

Классификация и области применения бетона. Бетон классифицируют по виду применяемого вяжущего: бетон на неорганических вяжущих (цементные бетон, гипсобетоны, силикатные бетоны, кислотоупорные бетон, жаростойкие бетоны и др. специальные бетон) и бетон на органических вяжущих (асфальтобетоны, пластбетоны).

Цементные бетон в зависимости от объемной массы (в кг/м3) подразделяются на особо тяжелые (более 2500), тяжелые (от 1800 до 2500), легкие (от 500 до 1800) и особо легкие (менее 500).

Особо тяжелые бетоны предназначены для специальных защитных сооружений (от радиоактивных воздействий); они изготовляются преимущественно на портландцементах и природных или искусственных заполнителях (магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап, обрезки арматуры). Для улучшения защитных свойств от нейтронных излучений в особо тяжелые бетон обычно вводят добавку карбида бора или др. добавки, содержащие легкие элементы — водород, литий, кадмий.

Наиболее распространены тяжелые бетоны, применяемые в железобетонных и бетонных конструкциях промышленных и гражданских зданий, в гидротехнических сооружениях (см. Гидротехнический бетон), на строительстве каналов, транспортных и др. сооружений. Особое значение в гидротехническом строительстве приобретает стойкость бетон, подвергающихся воздействию морских и пресных вод и атмосферы. К заполнителям для тяжелых бетон предъявляются специальные требования по гранулометрическому составу и чистоте. Суровые климатические условия ряда районов Советского Союза привели к необходимости разработки и внедрения методов зимнего бетонирования. В районах с умеренным климатом большое значение имеют процессы ускорения твердения бетон, что достигается применением быстро-твердеющих цементов, тепловой обработкой (электропрогрев, пропаривание, автоклавная обработка), введением химических добавок и др. способами. К тяжелым бетон относится также силикатный бетон, в котором вяжущим является кальциевая известь. Промежуточное положение между тяжелыми и легкими бетон занимает крупнопористый (беспесчаный) бетон, изготовляемый на плотном крупном заполнителе с поризованным при помощи газо— или пенообразователей цементным камнем.

Легкие бетоны изготовляют на гидравлическом вяжущем и пористых искусственных или природных заполнителях. Существует много разновидностей легкого бетон; они названы в зависимости от вида примененного заполнителя — вермикулитобетон, керамзитобетон, пемзобетон, перлитобетон, туфобетон и др.

По структуре и степени заполнения межзернового пространства цементным камнем легкие бетон подразделяются на обычные легкие бетон (с полным заполнением межзернового пространства), малопесчаные легкие бетон (с частичным заполнением межзернового пространства), крупнопористые легкие бетон, изготовляемые без мелкого заполнителя, и легкие бетон с цементным камнем, поризованные при помощи газо— или пенообразователей. По виду вяжущего легкие бетон на пористых заполнителях разделяются на цементные, цементно-известковые, известково-шлаковые и силикатные. Рациональная область применения легких бетон — наружные стены и покрытия зданий, где требуются низкая теплопроводность и малый вес. Высокопрочный легкий бетон используется в несущих конструкциях промышленных и гражданских зданий (в целях уменьшения их собственного веса). К легким бетон относятся также конструктивно-теплоизоляционные и конструктивные ячеистые бетоны с объемной массой от 500 до 1200 кг/м3. По способу образования пористой структуры ячеистые бетон разделяются на газобетоны и пенобетоны, по виду вяжущего — на газо— и пенобетоны, получаемые с применением портландцемента или смешанных вяжущих; на газо— и пеносиликаты, изготовляемые на основе извести; газо— и пеношлакобетоны с применением молотых доменных шлаков. При использовании золы вместо кварцевого песка ячеистые бетон называются газо— и пенозолобетонами, газо— и пенозолосиликатами, газо— и пеношлакозолобетонами.

Особо легкие бетоны применяют главным образом как теплоизоляционные материалы.

Области применения бетона в современном строительстве постоянно расширяются. В перспективе намечается использование высокопрочных бетон (тяжелых и легких), а также бетон с заданными физико-техническими свойствами: малой усадкой и ползучестью, морозостойкостью, долговечностью, трещиностойкостью, теплопроводностью, жаростойкостью и защитными свойствами от радиоактивных воздействий. Для достижения этого потребуется проведение широкого круга исследований, предусматривающих разработку важнейших теоретических вопросов технологии тяжелых, легких и ячеистых бетон: макро— и микроструктурной теорий прочности бетон с учетом внутренних напряжений и микротрещинообразования, теорий кратковременных и длительных деформаций бетон и др.

Заполнители для бетонов, природные или искусственные каменные сыпучие материалы, являющиеся основной составной частью бетона. Правильный подбор заполнитель, составляющих до 85% массы бетона, позволяет регулировать свойства бетона и снижать его стоимость. На качество бетона большое влияние оказывают прочность, зерновой (гранулометрический) состав заполнитель и количественное содержание в них различных примесей. Различают заполнитель Для изготовления обыкновенных (тяжелых) бетонов (тяжелые заполнитель) и легких (пористых) бетонов. В зависимости от размеров зерен заполнитель делятся на мелкие (песок) и крупные (гравий или щебень).

Заполнитель для обыкновенных (тяжелых) бетонов. В качестве мелкого заполнитель в тяжелых бетонах применяют природные (главным образом кварцевые) и дробленые пески с размером зерен от 0,14 до 5 мм. Строго ограничивается содержание в песке вредных примесей, особенно глинистых, препятствующих сцеплению зерен песка с цементным камнем и тем самым понижающих прочность бетона. В качестве крупного заполнителя применяют гравий или щебень из горных пород (реже шлаковый и кирпичный щебень) с размером зерен от 5 до 70 мм. Гравий обычно имеет скатанную форму и гладкую поверхность зерен. Количество содержащихся в нем вредных примесей (пыль, ил, глина, органические вещества) не должно превышать 1% по весу. Щебень получают дроблением горных пород или крупного гравия; более шероховатая, чем у гравия, поверхность зерен щебня способствует лучшему их сцеплению с цементным камнем. заполнитель для жаростойких бетонов получают из боя глиняного или огнеупорного кирпича, доменного шлака, шамота и др. В бетонах, предназначенных для защиты от радиоактивного воздействия (особо тяжелые бетоны), заполнитель служат тяжелые металлические материалы: магнетит, лимонит, барит, чугунный скрап и др.

Заполнитель для легких (пористых) бетонов — пористые каменные материалы с зернами до 5 мм (мелкие заполнитель) и до 40 мм (крупные заполнитель). Применяют природные и искусственные заполнитель. Природные заполнители получают путем дробления пористых пород вулканического или осадочного происхождения (пемза, туф, пористые известняки и др. ). Искусственные заполнитель (керамзит, вспученные перлит и вермикулит, аглопорит и др. ) изготовляют путем обжига вспучивающихся пород либо из отходов промышленности (шлаковая пемза, зольный гравий, топливные шлаки и золы). В пористых заполнитель недопустимо наличие химически активных вредных примесей, вызывающих понижение стойкости бетона в эксплуатационных условиях. Пористые заполнитель имеют большие перспективы развития, т. к. конструкции на их основе способствуют повышению эффективности строительства (улучшение теплотехнических и акустических показателей ограждающих конструкций, значительное снижение веса зданий и сооружений).

Физико-технические свойства Основные свойства бетона — плотность, содержание связанной воды (для особо тяжелых бетон), прочность при сжатии и растяжении, морозостойкость, теплопроводность и техническая вязкость (жесткость смеси). Прочность бетон характеризуется их маркой (временным сопротивлением на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе). Марка по прочности на сжатие тяжелых цементных, особо тяжелых, легких и крупнопористых бетон определяется испытанием на сжатие бетонных кубов со стороной, равной 200 мм, изготовленных из рабочего состава и испытанных после определенного срока выдержки.

Требования по прочности на растяжение при изгибе могут предъявляться, например, к бетон дорожных и аэродромных покрытий. К бетон гидротехнических и специальных сооружений (телевизионные башни, градирни и др. ), кроме прочностных показателей, предъявляются требования по морозостойкости, оцениваемой испытанием образцов на замораживание и оттаивание (попеременное) в насыщенном водой состоянии от 50 до 500 циклов. К сооружениям, работающим под напором воды, предъявляются требования по водонепроницаемости, а для сооружений, находящихся под воздействием морской воды или др. агрессивных жидкостей и газов, — требования стойкости против коррозии. При проектировании состава тяжелого цементного бетон учитываются требования к его прочности на сжатие, подвижности бетонной смеси и ее жесткости (технической вязкости), а при проектировании состава легких и особо тяжелых бетон — также и к плотности. Сохранение заданной подвижности особенно важно при современных индустриальных способах производства; чрезмерная подвижность ведет к перерасходу цемента, а недостаточная затрудняет укладку бетонной смеси имеющимися средствами и нередко приводит к браку продукции. Подвижность бетонной смеси определяют размером осадки (в см) стандартного бетонного конуса (усеченный конус высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см, верхнего — 10 см). Жесткость устанавливается по упрощенному способу профессора бетон Г. Скрамтаева либо с помощью технического вискозиметра и выражается временем в сек, необходимым для превращения конуса из бетонной смеси в равновеликую призму или цилиндр. Эти исследования производят на стандартной лабораторной виброплощадке с автоматическим выключателем, используемой также при изготовлении контрольных образцов.

Выбор бетонной смеси по степени ее подвижности или жесткости производят в зависимости от типа бетонируемой конструкции, способов транспортирования и укладки бетон Наряду с ценными конструктивными свойствами бетон обладает также и декоративными качествами. Подбором компонентов бетонной смеси и подготовкой опалубок или форм можно видоизменять окраску, текстуру и фактуру бетон; фактура зависит также и от способов механической и химической обработки поверхности бетон Пластическая выразительность сооружений и скульптуры из бетон усиливается его пористой, поглощающей свет поверхностью, а богатая градация декоративных свойств бетон используется в отделке интерьеров и в декоративном искусстве.