Бетонами называют искусственные материалы, получающиеся в результате склеивания (скрепления) естественных каменных материалов - песка и гравия или щебня - в монолитный прочный камень. Бетоны различаются по вяжущему веществу, которым скрепляются зерна естественных каменных материалов. Наибольшее распространение имеет цементный бетон, в котором вяжущим веществом являются цементы. В дорожном строительстве широко применяются асфальтобетон и дегтебетон; в них вяжущим служат битумы и дегти. Существуют и другие виды бетонов: гипсобетон, известковый бетон и т. п.
Наша брошюра посвящена описанию свойств цементного бетона. В дальнейшем мы будем его называть просто бетоном.
Бетон - широко распространенный строительный материал. Сооружения из него можно часто видеть и на дорогах.
По внешнему виду бетонное сооружение, будь то опора моста, водопропускная труба или бетонное покрытие дороги, производит впечатление выполненного из серого камня. Со словом "камень" у нас обычно связано представление о мертвом, неподвижном материале, не изменяющем своих свойств в течение десятилетий и веков.
Представление о цементном бетоне, как о таком камне, правильно только с внешней стороны. На самом деле бетон - это искусственный камень, в котором непрерывно идут процессы развития, роста, старения, камень, который растет, крепнет, стареет и умирает. Действительно, основной особенностью цементного бетона по сравнению с другими камнями является формирование его свойств непосредственно на строительной площадке - в конструкции. Уже это придает всем работам, которые ведутся с бетоном, своеобразный характер. Бетон нужно не только приготовить, но и уплотнить, а затем создать такие условия, при которых он приобрел бы высокую прочность.
Цементное тесто в составе бетона, затвердевая, скрепляет, склеивает отдельные песчинки, отдельные щебенки в монолит, обладающий высокой прочностью, зависящей от прочности цементного камня, прочности каменных материалов и прочности сцепления цементит и камня с каменными материалами.
Смесь цемента, воды и песка называется растворной смесью, а после затвердевания - раствором. Смесь цемента, воды, песка и щебня или гравия в подвижном состоянии именуется бетонной смесью. Затвердевший камневидный материал, как было сказано выше, называется бетоном.
Приготовление бетона на строительной площадке ведется строителями; поэтому они имеют возможность влиять на свойства бетона в процессе его изготовления, имеют возможность регулировать свойства получаемого материала.
Основное свойство всякого строительного материала это его прочность.
Бетон обладает высокой прочностью, в особенности при сжатии. Бетонный кубик со стороной 10 сантиметров может выдержать нагрузку в 20-40 тонн, т. е. вес товарного вагона. Современные бетоны имеют еще большую прочность, выдерживая нагрузку в 500-600 килограммов на каждый квадратный сантиметр площади. Прочность бетона на растяжение значительно меньше. Если образец или конструкцию из бетона растягивать, то разрушение произойдет при усилиях в 10-15 раз меньших, чем при сжатии. В этом отличие свойств бетона от стали и других металлов, имеющих примерно одинаковую прочность и при растяжении и при сжатии.
Многие строительные конструкции при работе подвергаются действию изгибающих сил. В этом случае в сопротивлении бетона действию разрушающих сил основное значение имеет прочность его на растяжение.
Открытие и широкое применение в строительстве нового материала - железобетона устранило недостатки бетона как конструктивного материала. Железобетон завоевал прочное место в современном строительстве. В нем свойства бетона - большая прочность при сжатии, стойкость к действию воды и воздуха, огнестойкость - сочетаются с такими свойствами стали, как прочность при растяжении, упругость. В железобетонных конструкциях, там, где эти конструкции подвергаются действию растягивающих сил, установлены стальные стержни, которые и воспринимают действие этих сил. Количество стали и ее расположение в бетоне определяются расчетом. На рис.1 показано, как бетон и сталь совместно работают в новом материале - железобетоне.
Рис.1. Примеры для сравнения свойств бетона и железобетона
Железобетон в настоящее время распространен очень широко; из него возводятся плотины и мосты, дорожные покрытия автомобильных магистралей и покрытия взлетно-посадочных площадок для самолетов, строятся тоннели, трубы, резервуары, изготовляются конструкции жилых и промышленных зданий (колонны, балки, плиты перекрытий, лестницы и др.) и даже речные и морские суда. Бетон совершенно без стали, или, как ее называют, "арматуры", применяется теперь редко, но свойства цементного бетона во многом определяют и свойства железобетона.
В дорожном строительстве применение бетона быстро растет, поэтому каждый строитель-дорожник должен хорошо знать свойства этого материала.
Бетон обладает высокой стойкостью к таким природным воздействиям, как увлажнение и высушивание, охлаждение и нагревание, замораживание и оттаивание, истирание и размывание. Он является незаменимым материалом для долговечных сооружений, которые должны существовать десятки и сотни лет.
Важное преимущество бетона - это возможность использования местных материалов для его изготовления. Только одну десятую часть бетона (по весу) составляет искусственный материал - цемент, остальные девять десятых - это естественные каменные материалы и вода, которые нужно только добыть и доставить на место строительства.
Ни в какое сравнение нельзя поставить бетон с древесными материалами, которые разрушаются в результате гниения, легко загораются и непригодны поэтому для возведения долговечных сооружении. Сталь сравнительно быстро разрушается под действием влажного воздуха. Она не может быть использована для постройки стен зданий, так как легко проводит тепло; учитывая это свойство, стены из стали пришлось бы делать и 40 раз толще бетонных, сталь втрое тяжелее бетона.
Для строительства автомобильных дорог, по которым быстро движутся потоки автомобилей различных видов, бетон - незаменимый материал. Мосты, водопропускные сооружения, подпорные стенки и виадуки возводятся из железобетона. Дорожные покрытия на магистралях и основания под асфальтобетонные покрытия все в больших масштабах выполняются из цементобетона.
По решению партии и правительства в нашей стране широко развивается заводское производство сборного железобетона, применение которого приводит к индустриализации строительства, позволяет на строительной площадке только собирать сооружение из готовых деталей.
В дорожных покрытиях бетон противостоит изнашивающему действию проезжающего по дороге транспорта, передает и распределяет нагрузку от колес автомобиля на грунт. В конструкциях мостов бетон выдерживает тяжелые нагрузки от проходящих по мосту автомобилей, автобусов и трамваев, а также сопротивляется размывающему действию воды на опоры моста; о бетонные быки разламываются мощные льдины, которые несет в ледоход река. Теперь трудно даже представить, как велось бы строительство, если бы человек не располагал цементным бетоном. Многие сооружения, возводимые в наши дни из железобетона и бетона, потребовали бы гораздо больше труда и затрат при попытке использовать другие материалы, а иные были бы и совсем неосуществимы.
Если сравнить каменный мост с мостом из современного железобетона, обнаружится огромная разница в количестве материалов, во внешнем виде сооружений (рис.2). Каждому ясно, что чем меньше материалов идет на строительство, тем дешевле сооружение, тем оно выгоднее.
Рис.2. Мост, сооруженный из железобетона, и мост из естественного камня
О свойствах бетона и его применении в дорожном строительстве рассказывается далее.
Чтобы из таких разнородных по свойствам веществ, как вода, цемент, песок и щебень или гравий, получить материал с вполне определенными свойствами - бетон, нужно выполнить ряд операций. При этом важно соблюдать указания технических правил и инструкций. Производство бетона хотя и происходит часто непосредственно на строительной площадке, но и в этом случае напоминает нам любое заводское производство.
Из хорошего цемента и каменных материалов можно получить прочный и устойчивый бетон, но можно и испортить его, если нарушить правила приготовления и составления бетона. Прежде всего необходимо определить состав бетонной смеси - соотношение всех материалов для нее. Сколько нужно взять цемента и других материалов и в каком соотношении, определяет лаборатория, существующая на каждом строительстве. До подбора состава бетона должны быть известны требования к этому бетону. В проекте сооружения в зависимости от назначения бетона к нему предъявляются те или иные требования по прочности и другим техническим свойствам.
Прочность бетона указывается в виде марки. Долговечность бетона в большинстве случаев выражается в требовании к его морозостойкости. Для климатических условий нашей страны необходим бетон с очень высокой морозостойкостью. Чтобы бетон удовлетворял этим требованиям, должен применяться портланд-цемент определенного минералогического состава и марки не ниже 500; каменные материалы можно использовать только проверенные на морозостойкость, а водоцементное отношение смеси следует принять не выше 0,50. При соблюдении всех этих требований бетон будет обладать высокой морозостойкостью. Не менее важно при назначении состава бетона предусмотреть, чтобы свойства бетонной смеси соответствавали имеющимся механизмам для ее уплотнения и укладки.
Это соответствие достигается таким подбором состава смеси, который придает ей определенную подвижность. Скорость разжижения бетонной смеси при вибрировании называют еще удобоукладываемостью.
Подвижность бетонной смеси определяют следующим способом. Бетонной смесью наполняют металлическуюформу - конус, не имеющий дна и установленный на ровной подставке. Конус снимают и измеряют оседание (оплывание) бетонной смеси после его снятия. Подвижность бетонной смеси выражают в сантиметрах осадки смеси по сравнению с первоначальной высотой.
Для определения удобоукладываемости конус устанавливают в форму образцов - кубов с размером сторон 20 сантиметров. Форму с конусом закрепляют на лабораторной виброплощадке (рис.3). Конус заполняют бетонной смесью, так же как и при определении подвижности, снимают форму-конус, включают виброплощадку и определяют время расплывания бетонной смеси в форме. Показателем удобоукладываемости является время в секундах, которое затрачивается на расплывание смеси в форме.
Рис.3. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:
слева - форма с конусом, заполненным бетонной смесью, до вибрирования;
справа - форма с бетонной смесью после вибрирования
Для обычного дорожного бетона применяется смесь с осадкой конуса 2-3 сантиметра и удобоукладываемостью 20-25 секунд. Для тонкостенных и густоармированных конструкций осадка конуса бетонной смеси должна составлять 5-6 сантиметров при удобоукладываемости 5-10 секунд.
Основное требование, которого обычно придерживаются при подборе состава бетона для дорожных покрытий и для армированных конструкций, - это заполнение всех пустот между частицами более крупного материала мелкими частицами. Кроме этого, необходимо создание смазывающего слоя из цементного теста на поверхности частиц заполнителя для получения подвижной смеси.
Рис.4. Схема подбора состава бетона
Ha рис.4 наглядно представлен ход подбора состава бетона. Сначала задаются количеством цемента или по вспомогательным таблицам подсчитывают количество воды, необходимое для данной смеси. Затем определяют водоцементное отношение - В/Ц. Это отношение очень важно для характеристики качества и свойств цементного камня и бетона. Понятно, что чем более разбавлен цементный клей, тем меньше его прочность. В практике подбора состава бетона заданной прочности пользуются построенными на основании опытных данных графиками зависимости прочности бетона от В/Ц. На рис.5 приведен пример такого графика для бетонов на цементах разных марок и щебня. При большом объеме работ рекомендуется подбирать состав бетона заранее, в лаборатории, определяя зависимость прочности бетона от водоцементного отношения на опыте для данных материалов. Определив расход цемента и воды, рассчитывают количество минеральных материалов - песка и щебня - таким образом, чтобы их объем в сумме с объемом цементного теста составил 1000 литров (1 кубометр). После предварительных расчетов обязательно производят пробное затворение бетонной смеси с проверкой ее удобоукладываемости и с изготовлением контрольных образцов. Если при проверке удобоукладываемость бетонной смеси окажется отличающейся от заданной, производят исправление состава бетона изменением содержания в нем цемента и воды, оставляя неизменным водоцементное отношение.
Рис.5. График зависимости марки бетона от водоцементного отношения для цементов разных марок (цифры над кривыми обозначают марку цемента).
Когда установлен состав бетона, он передается на бетонный завод. Для точного отвешивания составляющих на современных бетонных заводах применяются автоматические весовые дозаторы, которые устанавливаются для отвешивания заданной порции любого сыпучего материала или воды. На небольших бетоносмесительных установках пользуются более простыми дозаторами, например бункерами или ящиками, смонтированными на обычных сотенных весах.
Точное отмеривание составных частей бетона необходимо для того, чтобы его свойства совпадали с заданными и гарантировалась необходимая однородность смеси. Кроме того, неточность в дозировании ведет к перерасходу цемента - наиболее дорогой составной части бетона. Поэтому современные технические правила требуют обязательного применения несовой дозировки всех материалов.
Следующая операция это перемешивание бетонной смеси. Перемешивание производится в специальных машинах - бетономешалках. Наша промышленность для разных условий работы выпускает передвижные и стационарные бетономешалки разной мощности с объемом смесительного барабана от 100 до 4500 литров. Для приготовления жестких смесей выпускаются бетономешалки с принудительным перемешиванием. Обычные бетономешалки перемешивают бетонную смесь за счет переваливания ее лопастями при вращении барабана. На рис.6 показаны два вида наиболее распространенных бетономешалок. После перемешивания смесь выгружается путем наклона барабана при его грушевидной форме или через лоток, вдвигаемый внутрь барабана.
Рис.6. Бетономешалки различной конструкции
Обычные бетономешалки работают по такому периодическому циклу. Но существуют и бетономешалки непрерывного действия, имеющие значительно большую производительность при меньших размерах.
Производительность бетономешалки периодического действия изменяется в зависимости от их емкости. При средней емкости она вмещает при загрузке 1200 литров сухих материалов и выдает около 800 литров готовой бетонной смеси. Ее часовая производительность составляет примерно 15 кубометров смеси. Бетономешалка непрерывного действия более экономична и проектируется на производительность 100-200 кубометров в час.
В дорожном строительстве широко применяются передвижные бетономешалки, так как при поступлении материалов железнодорожным или водным транспортом и больших расстояниях от баз до места укладки перевозка бетонной смеси затрудняется и становится технически недопустимой. При длительной перевозке смеси изменяется ее подвижность и ухудшается качество; поэтому дорожники стремятся перевозить сухие материалы, а смешивать их на месте укладки в передвижной бетономешалке.
Последнее достижение техники в области приготовления бетона - современные автоматизированные заводы для крупных строек. Круглые сутки на таком заводе работают затворы дозаторов, сыплется с грохотом в бункеры щебень и песок, льется вода. Готовая бетонная смесь вываливается в кузова мощных самосвалов, которые везут ее на сооружения, выгружают и снова возвращаются на завод.
Работы по дальнейшему усовершенствованию способов приготовления и укладки бетонной смеси продолжаются.
Чтобы плотно уложить бетонную смесь при наименьшем содержании в ней воды, а следовательно, при наименьшем расходе цемента, в настоящее время широко применяется вибрирование бетонной смеси. В чем же заключается его действие. Каждому известно, что встряхивание зернистого материала, например сухого песка, позволяет поместить и один и тот же ящик гораздо больше материала, чем без такого потряхивания: материал укладывается плотнее. Если встряхивать с большой частотой бетонную смесь, то цементным раствор разжижается, и смесь приобретает свойства жидкости. В таком состоянии бетонная смесь плотно заполняет несь объем опалубки, не оставляя в ней пустот - раковин.
Для придания вибрации бетонной смоги применяются специальные механизмы - вибраторы.
Вибратор совершает несколько тысяч колебаний в минуту, и эти колебания передаются окружающей его бетонной смеси. Смесь, приобретая свойства тяжелой жидкости, растекается по опалубке, заполняя ее и обволакивая арматуру. Щебет, и гравий при этом тонут в цементном растворе и равномерно распределяются по всей массе бетона.
Применяя вибрацию, можно уложить значительно менее подвижные смеси, чем вручную. Уменьшая количество воды для таких смесей, мы улучшаем технические свойства бетона. Поэтому вибрированный бетон обладает более высоким качеством по сравнению с бетоном, уложенным вручную.
Наша промышленность выпускает различные виды вибраторов, предназначенных для укладки бетона в массивные и тонкостенные, неармированные и армированные конструкции. На рис.7 показан внешний вид внутреннего и поверхностного вибраторов для уплотнения бетонной смеси.
Рис.7. Внешний вид вибраторов:
а - внутренний вибратор;
б - поверхностный вибратор
Внутренний вибратор при работе погружается в бетонную массу. Для конструкции небольшой толщины и с большой горизонтальной поверхностью, как, например, дорожные покрытия, плиты мостов и перекрытий и т. п., применяются так называемые поверхностные вибраторы (изображен на рис.7, б), прикрепленные к площадке, которая ставится на поверхность бетона. Колебания площадки передаются бетонной смеси. Они наиболее широко раопространены в дорожном строительстве. Для уплотнения бетона в изделиях форма с изделием устанавливается на специальный вибростол. При включении вибратора колебаниям подвергается вся форма вместе с бетонной смесью; в результате достигается высокая степень уплотнения. Можно передать колебания бетонной смеси и закрепив вибратор на опалубке; такие вибраторы называются наружными или тисковыми, так как крепятся к опалубке при помощи тисков.
Техника уплотнения бетона, особенно при изготовлении сборных бетонных изделий, быстро совершенствуется: увеличиваются мощность и частота колебаний вибраторов, вводится одновременное вибрирование на вибростоле и поверхностным вибратором, вибрирование с пригрузкой бетонной смеси по всей площади изделия. Можно предполагать, что в ближайшие годы технология укладки и уплотнения бетона сделает значительный шаг вперед на пути дальнейшего технического прогресса.
При строительстве дорог применяются сложные комплексные бетоноотделочные машины, производящие разравнивание смеси, уплотнение ее вибрированием и трамбованием, профилирование поверхности и трамбование ее. Современный агрегат для устройства цементобетонного дорожного покрытия (рис.8) не уступает по сложности выполняемых операций и эффективности работы зерновым и угольным комбайнам.
Рис.8. Дорожный бетоноукладчик
Весь цикл устройства дорожного покрытия выполняется несколькими машинами. По профилированному и уплотненному основанию устанавливаются рельс-формы; они отграничивают полосу будущего покрытия проезжей части, являются опалубкой для плиты дорожного покрытия и в то же время служат рельсами для движения бетоноукладочных машин. Цепочка автомобилей-самосвалов доставляет бетонную смесь с завода и сбрасывает ее в ковш распределителя. Из ковша смесь перегружается в бункер-распределитель и укладывается п рыхлом состоянии на основание между рельс-формами слоем определенной толщины. Вслед за распределителем движется бетоноотделочная машина, уплотняющая, выравнивающая и профилирующая покрытие; за ней передвигаются устройства для нарезки температурных швов. За сутки такой агрегат может пройти 300 метров, оставив после себя готовое дорожное покрытие. После укладки бетона поверхность его закрывают слоем песка или пленкой какого-либо лака или битума, предохраняя этим от высыхания. В случае когда укрытие сделано песком, его регулярно поливают водой. Через 20 суток разрешается открывать движение по дороге, если стояла теплая погода с температурой воздуха не ниже 15°.
Для средней полосы России продолжительность строительного сезона составляет около 200 суток. За это время один комплект машин сможет приготовить 60 километров первоклассной дороги. А какое огромное количество строительных материалов надо перевезти для этого! Только для сооружения покрытия понадобится свыше 3500 тонн материалов на километр дороги, а на все протяжение дороги - свыше 200 000 тонн. Для перевозки всей этой массы песка, щебня, бетонной смеси и т. п. потребуется около 40 000 рейсов мощных самосвалов.
От момента изготовления бетонной смеси до полного ее затвердевания проходит определенный период созревания, приобретения прочности, продолжающийся в зависимости от вида цемента и внешних условий (температуры и влажности) от нескольких дней до нескольких месяцев и даже лет. За это время бетон из подвижность пластичной массы превращается в прочный искусственный камень.
Это превращение происходит постепенно. Первый период созревания бетона называется периодом схватывания. Он длится обычно несколько часов. В это время цементное тесто теряет свою подвижность. Вода частично вступает в химические соединения, а частично распределяется по поверхности вновь образовавшихся соединений, бетонная смесь теряет свою подвижность и приобретает минимальную прочность.
Период схватывания невозможно резко отделить от следующего периода - периода твердения. Однако через несколько часов после укладки наступает момент, когда бетонная смесь становится неподвижной и не может быть провибрирована без разрушения. Этот момент можно считать концом периода схватывания.
Чтобы процессы химического соединения воды с минералами цемента шли достаточно эффективно, необходимо поддерживать бетон во влажном состоянии. Твердение прекращается не только при пониженной температуре, но и при недостаточной влажности. В этом отношении бетон напоминает растение: его надо поливать и держать в тепле, чтобы он хорошо окреп. При обычной температуре бетон на портланд-цементе приобретает основную прочность в течение 20-30 суток твердения. Благоприятное действие на скорость твердения оказывает повышение температуры, которое, как известно, ускоряет химические реакции. Для расчетов обычно принимают прочность, которую бетон достигает к сроку твердения 28 суток. Повышение температуры позволяет получить эту же прочность в значительно более короткие сроки.
На основании изучения процесса твердения выработаны условия получения хорошего бетона: умеренное количество воды при затворении, влажные и теплые условия твердения. От соблюдения этих условий зависит качество конструкций.
Сравнительно суровые климатические условия почти на всей территории России неблагоприятны для твердения бетона; поэтому строителям часто приходится искусственно создавать уложенному бетону влажную и теплую среду. Советские ученые и инженеры разработали высокоэффективные методы укладки бетона в зимних условиях, позволяющие вести работы круглый год.
Зимой приходится подогревать материалы для бетона и предохранять их от остывания или даже обогревать уложенный в сооружение бетон, пока он не приобретет нужной прочности. Но за последние годы разработан способ, позволяющий вести работы при отрицательных температурах и без обогрева материалов и бетона.
Самый простой способ создать благоприятные условия для твердения бетона в зимнее время - это способ "термос а", разработанный свыше 40 лет назад проф. И.А. Киреенко. При этом способе конструкцию хорошо изолируют от окружающей среды так, чтобы она длительное время оставалась в тепле. Принцип этого метода - тот же, что и у обычного термоса. Выделяющееся во время твердения цемента тепло при отсутствии потерь разогревает конструкцию изнутри. Таким способом можно укладывать бетон в массивные сооружения, поверхность которых невелика по сравнению с объемом.
Для менее массивных конструкций применяют искусственный обогрев: сооружение одевают деревянным тепляком (это наименее выгодный прием) или прогревают паром, устанавливая вокруг опалубки специальный кожух, под который пропускают пар, или, наконец, прогревают сооружение электрическим током.
Широкое применение при производстве бетонных работ зимой находит способ, основанный на введении в бетонную смесь добавок солей, понижающих температуру замерзания бетонной смеси и ускоряющих процессы твердения бетона. К таким солям относятся хлористые соли: хлористый кальций и хлористый натрий. При небольших добавках солей возможно строительство любых ответственных сооружений в условиях заморозков и слабых морозов без принятия специальных мер по обогреву бетона. Для менее ответственных и временных сооружений возможно применение больших добавок солей, которые позволяют вести работы так же, как и летом, при температурах до -20°.
На рис.9 изображены различные способы прогрева бетона в сооружениях при производстве работ в зимнее время. Пропариваиие бетона применяют и в летнее время на базах по производству сборных железобетонных деталей для ускорения твердения бетона и увеличения оборачиваемости форм.
Рис.9. Способы прогрева бетона зимой:
а - способ "термоса"; б - паропрогрев; в - электропрогрев
Методы производства бетонных работ зимой, ускоренные способы созревания бетона путем прогрева и пропаривания нашли в советской строительной технике самое широкое распространение.
Круглогодичное производство работ, изготовление сборных изделий на заводах становятся основными приемами, характеризующими отечественную технику бетонных работ, в том числе и на дорожных стройках.
В строительстве гигантских сооружений цементному бетону принадлежит важнейшая роль, как одному из наиболее долговечных строительных материалов современности.
На первый взгляд мертвые, неподвижные сооружения из бетона живут и сложных и напряженных условиях, подвергаясь разрушительным изменениям. Понять жизнь бетона, его свойства и болезни, научиться управлять его жизнью по своему желанию - вот задача человека, создавшего бетон.
Действительно, почему разрушаются отдельные сооружения, построенные из бетона?
Бетон хотя и очень стоек, но со временем "дряхлеет", покрывается трещинами, рассыпается и погибает. Дело в том, что бетон сохранялся бы практически вечно, если бы не подвергался воздействиям окружающей среды. Наиболее сильное разрушающее действие на сооружения из бетона оказывает вода.
Существует древняя латинская поговорка "капля точит камень". Эта поговорка верна не только в переносном, но и в прямом смысле. Нередко можно видеть на старом каменном тротуаре углубления, образовавшиеся в камне в местах постоянного падения капель воды с крыши. Они появились потому, что происходит медленное растворение камня в воде. Частицы падающей воды отрывают молекулы вещества, составляющего камень, с его поверхности, окружают их и уносят с собой. В течение длительного времени даже кварцевый речной песок постепенно растворяется в больших количествах воды.
В природных условиях в течение длительных периодов времени, измеряемых десятками и сотнями тысяч лет, непрерывно происходят процессы растворения одних пород и образования новых.
Растворение естественных и искусственных каменных материалов может значительно увеличиться, если вода содержит углекислоту и некоторые другие вещества. Углекислый газ содержится в воздухе в очень небольшом количестве (0,03%) и, следовательно, присутствует во всякой воде, которая соприкасается с воздухом.
Такой широко распространенный природный каменный материал, как известняк, растворяется в еще больших количествах в воде, чем кварц. Для растворения 1 грамма известняка нужно около 3000 литров воды. Присутствие углекислого газа в воде резко повышает растворимость известняка. В природных залежах известняка в результате растворения его водой образуются огромные подземные пещеры.
Мы подробно рассказываем об устойчивости горных пород, так как бетон по существу представляет собой искусственную горную породу, и процессы его разрушения сходны с разрушением естественных горных пород.
Затвердевший бетон содержит известь, вещество хорошо растворимое в воде. Да и другие вещества, составляющие цементный камень, могут постепенно растворяться в воде.
Академик А.А. Байков, изучивший долговечность бетонов, указывал, что все бетонные сооружения из портланд-цемента неизбежно должны подвергаться процессу выщелачивания извести и по истечении известного времени утрачивать всякую связность и разрушаться.
В дорожных сооружениях наибольшую опасность растворение представляет для мостовых опор. В дорожном покрытии растворяющему действию воды подвергается поверхностный слой.
Кроме растворяющего действия, вода особенно опасна в тех случаях, когда бетонное вооруженно подвергается попеременному намоканию в воде и последующему замораживанию. Многократное повторение таких циклов приводит к быстрому разрушению бетона.
При замораживании бетона, насыщенного водой, разрушение происходит вследствие известной из физики аномалии воды. В противоположность большинству веществ вода, как известно, при замерзании, т.е. при переходе из жидкого состояния и твердое, расширяется, и весьма значительно - примерно на 10%. Всем известно, что нельзя оставлять на морозе наполненную водой и закупоренную бутыль: вода замерзнет, и бутыль может лопнуть, так как замерзающая иода может развить давление свыше 800 атмосфер (рис.10). Даже стальные водопроводные трубы, уложенные в земле, в сильные морозы могут лопнуть в результате замерзания находящейся в них воды. Увеличение объема воды при замерзании использовалось прежде в каменоломнях для раскалывания добываемого камня.
Рис.10. а - вода, замерзшая в открытом сосуде (ведре): лед образует "шапку" над стенками сосуда, занимая больший объем;
б - при замораживании воды в плотно закрытом сосуде давление на его стенки достигает 800 атмосфер
Такие же явления происходят в затвердевшем бетоне, когда он подвергается замораживанию. Вода, находящаяся в порах бетона, замерзает в них и, расширяясь, вызывает напряжения, способные разрушить бетонное сооружение. Большая или меньшая устойчивость бетона к разрушающему действию воды и мороза зависит прежде всего от строения цементного камня. Задачей строителя-дорожника, возводящего бетонные сооружения, является создание всех условий для получения морозостойкого долговечного бетона. Для этого бетон должен быть возможно более плотным, а это значит, что он должен быть приготовлен при минимальных количествах воды, плотно уложен и выдержан в благоприятных условиях для твердения.
В подводных и подземных частях сооружений нет опасности разрушения бетона от замораживания, на здесь возможно растворяющее действие воды, которое может быть усилено химическим действием солей, растворенных в природных водах.
Природные воды (подземные и речные) могут иметь резко различный состав в зависимости от состава горных пород, с которыми они соприкасаются на своем пути.
Для бетона особенно вредно содержание в воде сернокислых солей (сульфатов). Сернокислый кальций, сернокислый магний, сернокислый натрий опасны потому, что, попадая в водном растворе внутрь бетона, вступают в химическое взаимодействие с составными частями затвердевшего цементного камня, образуя новые соединения. Когда в затвердевшем цементном камне начинаются химические реакции с образованием новых веществ, то, естественно, сцепление частиц цементного камня нарушается и его прочность, а следовательно, и прочность бетона падает. Кроме этого, сульфаты образуют с составными частями цементного камня - известью и алюминатами кальция - новое соединение - сульфоалюминат кальция, который занимает объем в 2,5 раза больший, чем исходные материалы.
Кристаллизация сульфоалюмината кальция приводит к разбуханию и растрескиванию цементного камня, а следовательно, и конструкций из цементного бетона.
Различные виды агрессивного химического воздействия природных вод на бетон могут быть сведены к трем основным видам, представленным на рис.11.
Рис.11. Основные виды разрушения бетона агрессивными водами
Проектируя и строя долговечные сооружения, инженеры учитывают условия, в которых эти сооружения будут находиться, и рассчитывают их службу на заранее заданные сроки.
Прочный, долговечный, износоустойчивый цементный бетон показал себя с самой лучшей стороны в качестве материала для дорожных оснований и покрытий. Расчеты подтверждают, что применение цементного бетона дает большую экономию народному хозяйству.
Еще в 1913 г, в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием.
Помимо прямых экономических выгод при строительстве, бетонное покрытие дает значительные технико-экономические преимущества при эксплуатации дороги. Высокая долговечность бетона позволяет сократить расходы на содержание и ремонт до минимума. Срок службы бетонного покрытия автомобильной дороги в несколько раз больше по сравнению с покрытием из асфальтобетона. Хорошо построенная дорога с цементобетонным покрытием (рис. 20) может служить без капитального ремонта несколько десятков лет. Цементобетонное дорожное покрытие представляет собой плиту толщиной 18-24 сантиметра.
Рис.12. Автомобильная дорога с цементобетонным покрытием
Если дорогу покрыть сплошной лентой бетона, то при изменениях температуры (днем и ночью, летом и зимой) бетонная плита будет изменяться в размерах - расширяться и сокращаться, и в ней возникнут напряжения, которые могут привести к растрескиванию бетона. Всем известно, что при устройстве железнодорожных путей рельсы для предохранения от коробления при температурном расширении никогда не соединяют вплотную, а оставляют на стыках зазор в несколько миллиметров. Летом этот зазор закрывается, а зимой концы рельсов расходятся.
На бетонной дороге тоже на определенном расстоянии делаются швы - зазоры. Чтобы бетонная плита не разрушалась при нагревании, устраивают швы расширения - сквозные зазоры между соседними плитами бетонного покрытия. Швы заполняют эластичной мастикой из битума, чтобы в основание под плиту не проникала вода. Швы расширения в умеренном климате устраивают через 20-30 метров. Это расстояние зависит от температуры бетонной смеси в момент укладки, а также от климата местности.
Если не предусмотреть шва расширения, то покрытие, нагреваясь в жаркий солнечный дочь, будет так напряжено, что с его поверхности могут откалываться целые куски бетона. С силой отлетая от покрытия, они могут вызвать несчастные случаи. Такие явления наблюдались на одной из дорог Калифорнии (США), где не было сделано необходимых швов.
При охлаждении покрытия до температуры меньшей, чем температура бетонной смеси и момент укладки, бетон будет сжиматься, и бетонная плита может дать трещины. Во избежание появления таких трещин покрытие разделяется швами на расстояниях меньших, чем те, при которых возникают опасные напряжения. Такие швы устраиваются обычно на расстоянии (5-10 метров и представляют собой прорези, глубина которых равна одной трети толщины плиты. Эти швы называются швами сжатия. Когда в бетоне поянлнютеи напряжения от сжатия при охлаждении, бетонная плита растрескивается в наиболее слабом месте - по сечению, ослабленному надрезом. Шов сжатия заливают мастикой, так же как и шов расширения.
По оси дороги также устраивают шов по типу швов сжатия, - иначе возможно образование продольной трещины.
Таким образом, цементобетонное дорожное покрытие состоит как бы из отдельных плит. Во избежание нарушения монолитности всего покрытия, а также для передачи нагрузки от движущихся машин от одной плиты к другой в швах устанавливают специальные металлические стержни.
От качества выполнения всех работ по устройству покрытия зависит в дальнейшем срок его службы.
Строительство дорог с бетонным покрытием непрерывно возрастает, они становятся основным видом магистральных дорог.
Бетонные полы бывают просто необходимы на некоторых объектах: в складских помещениях, на терминалах, в гаражах и прочих. То есть там, где предполагается высокая нагрузка на пол, которую другое покрытие просто не выдержит. Популярность этого покрытия объясняется так же тем, что устройство бетонных полов, хотя и требует соблюдения технологии, но вполне под силу для самостоятельного выполнения.
К бетонным полам предъявляется ряд требований, которым они должны соответствовать: долговечность, высокая химическая стойкость, герметичность, устойчивость к нагрузкам, отсутствие пыления.
Для того, чтобы получить бетонное покрытие, которое отвечает всем этим требованиям, необходимо выполнить два условия: использовать качественные материалы и строго соблюдать технологию, в которой выделяют четыре основных этапа:
Укладку пола можно проводить как по уже существующему цементобетонному основанию, так и по грунтовому.
Устройство бетонного пола по грунту хотя и экономичный, но довольно трудоемкий способ обустройства пола. Его целесообразно обустраивать в тех местах, где достаточно сухо. Качественно выполненный пол по грунту имеет слоистую структуру.
Существует несколько вариантов, но наиболее часто пирог пола по грунту выглядит так:
При необходимости в эту схему вносят коррективы, в зависимости от задач и условий. От этого зависит также и технология устройства бетонных полов. Такой пол требует тщательной подготовки основания.
При укладке на старое бетонное основание проводят тщательную подготовку: трещины расширяют и заполняют ремонтным составом из цементно-песчаной смеси или полимера. В местах, где основание не подлежит ремонту, его полностью снимают и укладывают новый бетон. Перепады высот нивелируют, пыль тщательно убирают.
Подготовка грунтового основания начинается с нивелировки, которая позволяет оценить объем предстоящих земляных работ и определить уровень пола. Затем грунт утрамбовывают с помощью специальных машин, что позволяет в дальнейшем избежать просадок и растрескивания пола. Далее укладывается «подушка» из речного песка и тоже утрамбовывается с помощью катков или вибротрамбующих машин. Для того, чтобы плотность подушки была достаточной, песка укладывают на 25% больше, затем смачивают и только после этого утрамбовывают до нужной толщины. Поверх песка засыпается слой гравия или керамзита.
Гидроизоляция с одной стороны должна препятствовать впитыванию влаги основанием из бетонной стяжки, а с другой – предотвращает проникновение влаги из грунта. Производится она с применением полимерных мембран или рулонных материалов, иногда применяют толстый полиэтилен без повреждений.
Гидроизоляцию укладывают внахлест с напуском на стены (15-20 см), стыки проклеивают скотчем.
Данный слой играет роль основы для гидроизоляционных материалов. Черновую стяжку выполняют из так называемого «тощего бетона», с применением щебня (фракция 5 – 20). Требования к ней не слишком высоки, потому укладывается она довольно просто. Толщина должна быть не менее 40 мм, перепады по горизонтали – не больше 4мм.
Слой пароизоляционных материалов (оптимальным решением будут полимерно-битумные мембраны, но и другие варианты тоже годятся) укладывается на черновое бетонное основание.
Очень важно оценить, насколько необходима эта процедура, и какой материал для утепления пола лучше использовать. В качестве утеплителя стоит предпочесть материалы устойчивые к влиянию влаги, или же обеспечить их хорошую гидроизоляцию. Наиболее часто используют в качестве утеплителя пенопласт, экструдированный пенополистирол, минеральную вату.
Укладка финишной стяжки происходит в несколько этапов:
После завершения процесса укладки и уплотнения бетона делается технологический перерыв, для того чтобы бетон мог приобрести прочность. В зависимости от температуры воздуха и его влажности он может быть не меньше 3 часов, но не более 7 (глубина оставленного на нем следа должна составлять 2-3 мм). В этот период осуществляется грубая затирка пола с помощью затирочных машин или дисков. Чуть позже, когда глубина оставленного следа будет равна 1 мм, выполняют финишную затирку.
Иногда, чтобы получить более прочное и долговечное основание, используют топпинг, специальную смесь на основе цемента и других веществ, которая втирается в бетон. Применение специальных полимерных пропиток позволяет решить проблему пыления.
Бетон в стяжке является довольно хрупким материалом, как это ни странно звучит, и склонен к растрескиванию. Для того, чтобы ограничить этот процесс, в бетонной стяжке нарезают деформационные швы. Их существует три вида:
Нарезаться швы должны, как только бетон приобретет достаточную прочность, но до появления произвольных трещин. Расположение швов отмечают мелом, нарезают их в той последовательности, в какой происходила укладка бетона. Глубина нарезки составляет приблизительно 1/3 толщины бетонной стяжки. Чтобы облегчить уход за швами и укрепить их края, осуществляют герметизацию. Тип герметика выбирают в зависимости от условий эксплуатации и предполагаемой нагрузки на пол. Перед герметизацией, шов тщательно очищают от пыли и мусора. После тщательного выполнения всех этапов, стяжке дают возможность затвердеть и высохнуть.
Укладка бетонных полов – процедура, которая может выполняться не только профессионалами, но и самостоятельно. В любом случае, следует уделить пристальное внимание соблюдению всех этапов технологического процесса, некоторые нюансы и тонкости которого были освещены в статье. Такой подход позволит получить в результате прочный, долговечный пол, который отлично выдерживает большие нагрузки и достойно справляется со своей задачей.
Для устройства покрытий полов чаще всего используется бетон. Материал обеспечивает высокую прочность конструкции, стойкость к агрессивным условиям эксплуатации. Технологии возведения напольных конструкций прекрасно изучены, не вызывают чрезмерных затрат и характеризуются широкой сферой применения.
Бетонные подстилающие слои устраиваются там, где в процессе эксплуатации возможно действие масел, растворов, растворителей, различных агрессивных жидкостей. Во всех остальных случаях можно обойтись устройством нежестких песчано-щебеночных, шлаковых, асфальтобетонных, глинобетонных подушек.
Толщина подготовки зависит от проектных нагрузок. Всегда учитываются характеристики грунтов и применяемых материалов . Впрочем, действующие нормы определяют минимальную толщину подстилающих слоев. Если они укладываются в помещении жилого и общественного назначения – это 80 мм, если в производственных – 100 мм.
На полах с уклоном, организованным стоком предусматривается совпадение швов с водоразделом, в остальных случаях – с деформационными швами здания
Бетон должен обеспечивать несущую способность подготовки. В качестве основного материала используют смесь класса В22.5. Менее прочный бетон (но не ниже В7.5) допустимо брать при невысоких эксплуатационных нагрузках, в частности, при низком растяжении в подстилающем слое.
Если условия эксплуатации таковы, что пол будет принимать резкие перепады температур, всегда проводят нарезку деформационных швов . Они размещаются с шагом 8-12 м во взаимно перпендикулярных направлениях.
Перед заливкой бетонной подготовки требуется подготовить грунтовое основание.
Принцип работ состоит в следующем:
Поверхность грунтового основания должна соответствовать всем запланированным проектным отметкам. Опираясь на нижний уровень поверхности, грунт выравнивают, подсыпают, уплотняют. Если для устройства оснований применяются смеси грунтов, их укладывают слоями по 50-75 мм с послойным уплотнением.
При работе по грунту под бетонную подготовку укладывают подстилающие слои.
Работы реализуются следующим образом:
Если реализуется многослойная подготовка, каждый последующий слой укладывается после тщательной обработки предыдущего.
Чтобы улучшить сцепление в подстилающих слоях, между ними применяют увлажнение
На место ведения работ материал может транспортироваться бетононасосами, тележками, самосвалами. Если конструкция не требует армирования, бетон укладывают непосредственно из тележек или самосвалов в центр участка заливки. Если предусмотрен армирующий слой, бетон выгружают опрокидыванием вбок . Если требуется, размещение арматурной сетки регулируется, но при заливке нельзя сдвигать арматуру с места. При больших объемах работ целесообразно использовать бетононасос, обеспечивающий равномерное распределение раствора.
Принцип работ в следующем:
После завершения работ поверхность обрабатывают затирочными машинами.
Гидроизоляционный слой устраивается под бетонную подготовку при средней и высокой интенсивности воздействия воды и прочих жидкостей на пол (+ щелочей, растворов, кислот). Это могут быть полы неотапливаемых помещений, конструкции, устроенные на просадочных грунтах, полы по плитам перекрытий, зоны с риском капиллярного подсоса грунтовых вод. Кроме того, защита необходима, если бетонная подготовка размещается ниже уровня отмостки.
Выбор материала подчиняется указанным принципам:
Полимерная оклеечная гидроизоляция кладется в 1 слой
В последнем случае защиту устраивают после засыпки щебеночной подушки. Слой пропитывают автогудронатором или вручную. Горячий битум равномерно наносится на основу, слоем толщиной 5-6 мм. Если битумная пропитка устраивается в несколько слоев, по первому пускают песок (фракции до 5 мм) или каменную крошку . Проводят уплотнение катком, после чего реализуют второй слой толщиной до 0.25 мм, применяя присыпку песком.
Вне зависимости от используемых материалов, гидроизоляционный слой должен быть непрерывным, герметичным, выступающим над полом на высоту не менее 300 мм от уровня покрытия.
Принципы устройства обмазочной гидроизоляции:
Принципы работы с асфальтовой гидроизоляцией:
Принципы работы с рулонной гидроизоляцией:
Если основа не имеет уклонов, рулонные материалы раскатывают по поверхности. При наличии такового – работают от пониженных участков к повышенным
Эффективно применять теплоизоляционные материалы с высокой плотностью. Это могут быть маты или плиты на основе стекловолокна, минеральной ваты или более современного пенополистирола. Оптимальная толщина слоя при ведении работ – 100 мм.
Теплоизоляцию вплотную укладывают на основание, обеспечив плотное прилегание стыков . В качестве альтернативы допустимо применять насыпную теплоизоляцию на основе керамзита. Его наносят на основу слоями, с последующим разравниванием и уплотнением.
На участках примыкания конструкции к стенам и прочим вертикальным поверхностям, следует оставить зазор, который закрывается лентой звукоизоляционного материала.
Полы с бетонными покрытиями – это конструкции общего назначения, успешно эксплуатируемые как в общественном строительстве, так и на производстве. Грамотно сделанный пол способен противостоять высоким механическим нагрузкам, действию растворов, масел, солей, воды. На практике готовая система способна выдерживать нагрев вплоть до 100 градусов.
Бетонное покрытие может быть устроено по грунту, по подстилающей бетонной подготовке, по цементно-песчаным стяжкам М150 и выше, по ж/б плитам перекрытий. На месте ведения работ должен соблюдаться оптимальный температурный режим – не ниже +5 градусов, вплоть до набора раствором половины проектной прочности.
Материалы для приготовления бетона:
Если требуется устройство безыскрового бетонного покрытия надо использовать песок и щебень на основе мрамора или известняка, которые не дают искру при ударе металлическими предметами.
Марка бетона не может быть ниже М200. Контролируется подвижность раствора – 2-4 см . В рецептуру допустимо вводить пластификаторы С-3 или другие модифицирующие добавки, что позволит сократить трудозатраты при укладке.
Последовательность укладки бетонного покрытия:
Выемки, монтажные отверстия подлежат заделке, для чего готовят цементно-песчаный раствор М150, не ниже
Приступают к установке маяков, используя либо стальные трубы, либо деревянный брус, либо металлический профиль. Диаметр и высота материала должны соответствовать проектной толщине покрытия.
Первый ряд маяков выкладывают с отступом от стены, равным 0.5-0.6 м. Последующие – параллельно ему с шагом до 3 м. Допустимо проводить раскладку сразу по всему участку работ или отдельными картами, со стыковкой по оси и смещением на ширину рейки.
Для фиксации берут цементный раствор. Направляющие выравнивают по уровню, в соответствии с ранее нанесенной разметкой. Для корректировки положения применяют легкие удары молотка либо давление руки. Горизонтальность проверяют рейкой или специальными приборами.
Последующий ход монтажа таков:
Уплотнение реализуется с участием виброреек, передвигая их вдоль маяков. Если толщина конструкции невелика, время вибрации сводят до минимума
, — действуют до тех пор, пока на поверхности не образуется влага. Избыточное вибрационное воздействие может вызвать оседание крупного заполнителя и расслоение бетона.
Оптимальная скорость передвижения виброрейки устанавливается в пределах 0.5-1 метр в минуту. Перемещая инструмент, у его нижней кромки должен собираться валик высотой 2-5 см. В пристенных зонах, на участках возле колонн уплотнение реализуется ручными трамбовками, массой не менее 10 кг.
Если в ходе заливки были допущены перерывы, перед возобновлением укладки вертикальные кромки успевших затвердеть покрытий обеспыливают, очищают и промывают водой. Там, где размещаются рабочие швы, уплотнение и заглаживание реализуется до тех пор, пока шов станет незаметным.
При укладке бетонных покрытий на бетонную подготовку, есть смысл обратиться к методике вакуумирования. В этом случае покрытие выполняется одновременно с подстилающим слоем. В результате прочность поверхностного слоя усиливается на треть по сравнению с исходными показателями. Формируется высококачественный пол с отличными физико-механическими характеристиками.
Согласно технологии, на основание укладывается жидкий бетонный раствор, проводится уплотнение . При помощи специального оборудования из толщи бетона извлекают лишнюю воду, что работает на прочность и жесткость слоя.
Рецептуру бетона подбирают с опорой на качество портландцемента и имеющихся заполнителей. Но,
Чтобы обеспечить максимальный уплотняющий эффект, сначала в состав бетона назначают повышенное содержание растворной части
Суть метода вакуумирования состоит в следующем:
Если по поверхности укладываются два и более полотнища, они должны размещаться с нахлестом не менее 3 см. Верхний край должен перекрывать нижний на 10-15 см. Далее начинают вакуумирование. Продолжительность технологии рассчитывается так: 1-1.5 минуты на 1 см слой бетона.
Когда движение воды не наблюдается, обработку прекращают. Бетон должен набрать плотность, при которой на нем остается лишь слабый след. Отсасывающие маты снимают.
После вакуумной обработки можно сразу приступать к заглаживанию. В первый раз работают затирочными машинами с дисками, второй раз – лопастями.
Когда залитый слой достаточно уплотнен и успел схватиться, можно приступать к первичной обработке. Готовность покрытия можно определить так, — при хождении по нему должны оставаться легкие следы.
Основное рабочее оборудование – заглаживающие, затирочные машины, с установленными затирочными дисками . Операция помогает исправить мелкие дефекты, которые могли быть допущены в ходе заливки и уплотнения, после обработки образуется отделочный горизонт.
Вторичная затирка возможна спустя 1-6 часов. Вместо дисков рабочим органом выступают лопасти. По труднодоступным участкам работают вручную или затирочной машиной для обработки цементных стяжек. Такие зоны подлежат первоочередной затирке в виду быстрого схватывания.
Бетон – это тот материал, который должен созревать во влажных условиях. Чтобы обеспечить такую среду поверхность прикрывают влажной мешковиной, влажными опилками, поддерживая материал в таком состоянии на протяжении 7-10 суток .
Частота увлажнения подбирается с опорой на температурно-влажностные условия, однако материал не должен пересыхать даже частично
Такой тип обработки требует освобождения основания от мусора, механизмов и приспособлений. В процессе фрезеровки следует применять обычные алмазные круги или фрезы, диаметром 250-500 мм.
Фрезеровку реализуют по параллельным полосам, перекрывая край полосы при следующем подходе на 2-3 см. За один проход можно работать на глубину 2-7 мм, ориентируясь на механические и физические характеристики бетона. Цель такой обработки – полное оголение зерен заполнителя, то есть поверхность должна достигнуть такой прочности, когда невозможно его выкрашивание.
Работы обычно ведутся в две стадии. На первом этапе фрезеровальной машиной снимается слой 3-5 мм за один проход. Далее реализуют шлифовку в 1-2 прохода, применяя шлифовальные машины. При обработке следует вовремя организовывать тщательную уборку поверхности.
Финишная обработка позволяет улучшить эксплуатационные характеристики бетонных полов. При выборе материалов ориентируются на условия, при которых будет работать конструкция.
Действовать можно следующим образом:
Помимо полиуретановых лаков для устройства верхнего слоя можно использовать полимерные покрытия (эпоксидные, акриловые). Окрасочные слои наносят тонким слоем, толщиной не более 0.3 мм . Если требуется декоративный эффект, хорошим выбором будут наливные полы, образующие бесшовную матовую поверхность. В условиях высоких нагрузок можно обратиться к устройству высоконаполненных покрытий.
В помещениях жилого типа выбор финишного покрытия практически не ограничен, — это может быть плитка, ламинат, ковролин, пробка, линолеум…
При устройстве бетонных полов всегда соблюдаются правила техники безопасности в строительстве. Все рабочие должны быть ознакомлены с условиями ведения работ, проводится инструктаж, обучение обращению с оборудованием и инструментом.
Устройство полов выполняется с использованием технологической оснастки. Применяются средства индивидуальной и коллективной защиты, ручной строительный инструмент. Рабочее место в труднодоступных местах должно быть хорошо освещено.
При укладке гидроизоляции на горячих битумных мастиках необходима особая осторожность. В закрытых помещениях обеспечивается проветривание. Недопустим длительный контакт цементных смесей с кожей.
Технология устройства покрытий бетонных полов доступна и не требует слишком высоких затрат. В среднем, финансовые затраты на укладку 1 кв.м. «под ключ» начинаются от 850-1100 рублей. К этой стоимости можно смело прибавить издержки на закупку и доставку материалов.
Бетонные работы реализуются с участием стандартно набора машин и инструментов.
На строительной площадке должен быть скомпонован такой набор:
Устройство покрытий бетонных полов должно быть реализовано в строгом соответствии с технологическим процессом. Качественный результат достигается с профессиональным трудом, с поэтапным контролем качества выполнения работ.
Устройство промышленных бетонных полов в деталях показано в видео:
Устройство монолитных бетонных полов часто требуется в объектах, предполагающих серьезные эксплуатационные нагрузки. Это могут быть гипермаркеты, торговые и выставочные комплексы, здания промышленного назначения. Нередко монолитные полы устраиваются и в жилых сооружениях. Выбирая материалы для изготовления данной конструкции, необходимо руководствоваться расчетами устойчивости подготавливаемого пола к воздействию различных разрушительных факторов. Часто единственно верным решением в этом случае остаются монолитные полы.
Отличительными свойствами бетонных полов являются долгий эксплуатационные срок, предельно высокая устойчивость к износу, простота обслуживания. За счет применения укрепляющих добавок в смесь, верхний слой основания становится не податлив к воздействию влаги и химических веществ.
В основании данного вида промышленного пола используется цементно-песчаная смесь с содержанием щебня или уже готовая бетонная армированная плита. Представленная технология укладки бетона подходит как для крупных помещений промышленного или общественного назначения, так и для частных домов.
Все работы выполняются при четком выдерживании СниП и всех требований технологического процесса. Бетонная плита должна укладываться на укрепленное и очищенное основание. Причина таких требований в том, что в случае использования некачественного раствора в старой стяжке портится адгезия покрытия, под тяжелыми ударами поверхность бетона начнет рушиться. Также причиной слабой сцепки являются не устраненные пятна жира или технических масел.
Для эффективной подготовки основания под заливку монолитных полов необходимо выполнить ряд следующих мероприятий:
После того, как подготовительные работы выполнены в полной мере, осуществляется нивелировка основы. В результате данного мероприятия определиться наивысшая отметка покрытия, следовательно, и толщина бетонной стяжки.
Сегодня различают три ключевых вида бетонных полов:
Технологический процесс устройства бетонного пола отличается зависимо от функционального назначения помещений. Немалым значением в этом случае обладает цель данного мероприятия – выровнять поверхность пола внутри комнаты, утеплить бетонное покрытие, увеличить высоту основания, т.д. Используя различные методики изготовления цементно-песчаной стяжки, можно повышать качество конструкции и продолжительность периода эксплуатации.
Важность заметить, что приготовление монолитного пола должно соответствовать установленным строительным нормам и правилам, т.е. СНиП. Их требования могут разниться зависимо от эксплуатационных факторов изделия и места заливки.
Выровненную и очищенную поверхность обрабатывают мастикой (гидроизоляционная смесь на клеевой основе). Данный шаг функционально обеспечивает:
Достойную альтернативу подобному решению составляет гидростеклоизол. Средство наносится двумя слоями, высота каждого составляет не меньше 5 мм. Обладая высокой пластичностью и устойчивостью к атмосферным нагрузкам, данное покрытие создает прочный гидроизоляционный барьер на 10-15 лет.
Монолитное бетонное покрытие укладывают по «картам» — прямоугольные участки, подготовленные для укладки раствора. Размеры таких участков определяются на основе производственного потенциала. По периметру карт устанавливаются направляющие, т.е. маяки.
Укладка армирующих элементов выполняется для устранения вероятности образования расколов пола на протяжении всего эксплуатационного периода, особенно если получается большая толщина стяжки. Данный вид работ осуществляется в полном соответствии с проектными расчетами будущих нагрузок.
Для этих целей часто используется стальная сетка, диаметр прута составляет 5мм, а размер отдельной ячейки — 100×100мм/150×150мм. Материалом для изготовления сетки служит арматура класса ВР1.
Когда предполагаются серьезные нагрузки на бетонное покрытие пола, рекомендуется использовать для укрепления армо-каркас. Арматуру связывают непосредственно на строительном участке, диаметр прута варьируется от 8 до 18 мм.
Арматуру следует связывать между собой проволокой. Сваривать нельзя нив коем случаи, это связано с различной степенью усадки и расширения металла и бетона при температурных перепадах.
Наиболее ответственный этап производства монолитных полов, так как от уровня выставленных маячных реек зависит ровность покрытия.
Для успешной работы по заливке полов настоятельно рекомендуется использовать бетономешалку. При больших объемах применяются специальные автомобильные миксеры. Данный подход обеспечивает идеальную возможность непрерывной подачи раствора, что положительно влияет на качество монолитных полов.
Чтобы приготовить бетонные полы собственноручно, необходимо воспользоваться технологической картой для устройства цементно-песчаного покрытия. Технологическая карта включает следующие этапы устройства полов:
Устройство бетонных полов является непростой задачей с различными вариантами технологического процесса. В результате качественного выполнения всех этапов производственного процесса формируется прочная конструкция монолитных полов, способная выдержать высокое давление и не деформироваться даже после длительного периода эксплуатации.
Само слово «бетон» французского происхождения, оно стало впервые употребляться в XVIII веке во Франции. До этого водно-цементный раствор именовался по-разному. Литая кладка с каменным наполнителем называлась греческим словом «эмплектон». Древние римляне называли бетон «rudus». При обозначении таких понятий, как раствор для устройства фундаментов и стен, употреблялось словосочетание «оpus caementum». Именно под таким названием и стал известен римский бетон.
Самый первый бетон, обнаруженный археологами, относится к 5600 г. до н. э. Он был найден в поселке Лапински Вир на территории бывшей Югославии, в одной из хижин древнего поселения каменного века, где из него был сделан пол толщиной 25 см. Бетонный раствор для этого пола приготовлен с использованием гравия и местной красноватой извести.
В Египте в гробнице Теве обнаружен бетон, датируемый 950 г. до н. э. Кроме этого, бетон использовали при строительстве галерей египетских пирамид и монолитного свода пирамиды Нима.
В Древнем Риме бетон использовался в качестве строительного материала около IV в. до н. э. Материал получил название «римский бетон» и применялся примерно на протяжении 7 в. С тех пор прошли столетия, однако сооружения, построенные из римского бетона, сохранились до наших дней. Некоторые из них, например римский Пантеон, пережили несколько довольно крупных землетрясений.
Фундаментные работы в древнем Риме значительно облегчало то обстоятельство, что вулканическая почва в его окрестностях довольно долго оставалась плотной, что позволяло применять для строительства фундаментов самую обычную дощатую опалубку.
Исследования древних поселений показали, что для строительства применяли два вида бетона – искусственный и природный. Природный делали из камней, образовавшихся из обломочных частиц горных пород и связанных между собой различными минеральными веществами, например известью, гипсом или кальцитом. К природному бетону относят брекчию, конгломерат и песчаник. Когда человек придумал искусственный бетон, те же самые камни стали связывать между собой другими веществами – гипсом, глиной.
Самый простой вид бетона – глинобетон, состоящий из твердого камневидного материала из смеси глины с песком и соломой. Он приобретает достаточную прочность после просушки на солнце.
Гипсобетоном называют бетон, изготовленный на гипсовых вяжущих, получаемых на основе полуводного или безводного сульфата кальция.
Искусственные бетоны в древности не получили широкого распространения, поскольку не обладали достаточной прочностью: глина, известь и гипс размокали под водой, и строение разрушалось. Именно поэтому античные строители предпочитали использовать природные материалы. Но попытки создания искусственного вяжущего материала продолжались.
Древние римляне заметили, что известь, смешанная с так называемыми пуццолановыми (название произошло от местности Пуцциуоли неподалеку от Неаполя) добавками, напротив, приобретала еще большую твердость от воздействия воды. Известь такого типа получила название гидравлической.
О. Шуатре, известный историк архитектуры, сумел реконструировать процесс укладки каменного бетона. Для приготовления раствора известь смешивали с пуццолановыми добавками. Затем между двумя облицовочными стенами укладывали толстый слой раствора, сверху выкладывали измельченный щебень с размером зерен до 8 см. На следующем этапе раствор трамбовали до тех пор, пока он не заполнял все промежутки между щебнем.
Открытие римлянами свойств пуццолановых добавок улучшило качество римского бетона, что не могло не способствовать его дальнейшему распространению. Во II в. н. э. римляне разработали и стали использовать новые виды вяжущих веществ, например романцемент, позволивший в большей степени улучшить физико-механические характеристики строящихся бетонных сооружений.
После падения Рима многие секреты древних зодчих были утрачены. Спустя столетия английский архитектор Джон Смит обратил внимание на то, что под действием воды негашеная известь в смеси с глиной затвердевает. Он добавил к этому составу песок и каменный шлак и получил довольно прочное вещество, которое использовал при строительстве фундамента под Эддистонский маяк. Так же давно стали известны человеку и свойства вяжущих веществ – глины и жирной земли, которые приобретали относительную прочность после смешивания с водой. Однако достаточную прочность они не давали. Именно поэтому в Китае, Индии и Египте примерно за 3 тысячи лет до н. э. посредством термической обработки исходных материалов были разработаны искусственные вяжущие – гипс и известь.
В 60-х годах XIX в. французский садовник Жозеф Монье придумал самые прочные в мире кадки для деревьев из железобетона. Он просто свернул металлическую сетку и залил ее бетонным раствором. В то время Монье даже и не подозревал, что в ближайшем будущем его изобретение станет главным материалом для строительства большинства зданий, особенно высотных.
Прошли века, бетон стали использовать и в других, казалось бы далеких от строительства, отраслях – таких, например, как судостроение (в первой половине XX в. было построено множество речных и морских судов с применением железобетона), авиация (изготовление крыльев и фюзеляжей самолетов), железнодорожный транспорт (железнодорожные вагоны и рамы цистерн). Американцы пошли еще дальше: они предложили построить на Луне бетонный завод с системой специализированных складов. Для этого предполагалось доставлять с Земли бетон и другие необходимые строительные материалы, а саму доставку осуществлять с помощью специализированных транспортных кораблей.
Рассмотрим меры по защите полов на примере подвала. Прежде всего следует обратить внимание на ровность поверхности и хорошее уплотнение подстилающего слоя, расположенного под плитами пола подвала. Наиболее надежным способом обеспечения ровной поверхности основания является устройство выравнивающего бетонного слоя толщиной около 8 см.
При большой высоте засыпки котлована материал для заполнения следует укладывать и уплотнять слоями толщиной около 30–40 см.
При воздействии напора грунтовых вод пол подвала следует проектировать из жестких железобетонных плит: их размеры определяются статическим расчетом. Плиты пола, не испытывающие давления воды, должны иметь толщину не менее 120 см.
Относительно применения водонепроницаемых стяжек и уплотняющей мастичной обмазки можно сказать, что оно (применение) целесообразно лишь тогда, когда благодаря устройству плоского дренажа гарантировано, что длительного воздействия напора грунтовых вод не будет. Водонепроницаемые стяжки и уплотняющую мастичную обмазку рекомендуется укладывать лишь на арматированные, бесшовные и ровно затертые плиты пола.
Перед устройством водонепроницаемой стяжки поверхность основания необходимо очистить, смочить и смазать цементно-песчаной мастикой или грунтовкой. При этом особое внимание следует обратить на состав раствора стяжки, расход цемента, водоцементное отношение и гранулометрический состав. Добавки, обработанные в соответствии с указаниями изготовителя, также могут улучшить плотность раствора.
Стяжку следует устраивать в один рабочий цикл, толщина ее должна составлять примерно 3 см. Стяжку следует тщательно уплотнить и загладить.
Что касается уплотняющих мастик, то их следует наносить непрерывно несколькими слоями. Необходимо соблюдать установленный изготовителем минимальный расход мастики.
До затвердения водонепроницаемые стяжки и уплотняющие мастики следует защищать от неравномерного и слишком быстрого высыхания и при необходимости увлажнять.
А сразу после затвердения уплотняющую мастику нужно защитить от повреждения путем нанесения защитного слоя.
К полу подвальных помещений, как правило, предъявляются высокие требования, касающиеся, главным образом, сухости пола. Поэтому на плиту пола следует уложить гидроизолирующую пленку. Двухслойная гидроизоляция с перекрытыми стыками, проклеенная по всей поверхности и со стяжкой покрытия, предпочтительнее однослойной. Особое внимание следует обратить на достаточно широкое перекрытие швов (около 10 см) и тщательное выполнение их проклейки. А непосредственно после укладки рулонную гидроизоляцию следует закрыть защитным слоем, который с помощью разделительной пленки должен быть отделен от гидроизоляции.
Эти видов полов имеют бетонное основание, которое укладывают на бетонную подготовку – подстилающий слой с бороздчатой поверхностью. Бетонное покрытие делают из бетона марки 200 с осадкой корпуса 2 см, на щебне крупностью до 15 мм. Бетонную смесь укладывают полосами шириной 2–2,5 м, затем ограничивают площадь уложенного бетона маячными рейками и уплотняют виброрейками или площадными вибраторами, а в стесненных условиях – трамбовками.
Одновременно с укладыванием бетонной смеси на поверхность полов ее заглаживают гладилками на длинной ручке, деревянными полутерками и металлическими гладилками. Излишки цемента убирают с помощью скребка с прорезиненной лентой.
В конце укладки бетона поверхность пола отделывают с помощью гладильной доски или прорезиненной лентой. Заглаживание нужно сделать до окончательного затвердения бетонной массы.
Цементное покрытие делают на основе цементно-песчаного раствора марки не ниже 150 с осадкой конуса 3–4 см.
