Бетон (франц. béton), штучний кам'яний матеріал, що отримується з раціонально підібраної суміші терпкої речовини (з водою, рідше без неї), заповнювачів і спеціальних добавок (в деяких випадках) після її формування і тверднення; один з основних будівельних матеріалів. До формування вказана суміш називається бетонною сумішшю (див. Бетонні роботи ).
Історична довідка. При зведенні масивних споруд і таких конструкцій, як зведення, куполи, тріумфальні арки, ще древні римляни використовували Б. і як терпких матеріалів застосовували глину, гіпс, вапно, асфальт. З падінням Римської імперії вживання Б. припинилося і поновилося лише в 18 ст в західноєвропейських країнах.
Розвиток і вдосконалення технології Б. пов'язано з виробництвом цементу, який з'явився в Росії на початку 18 ст По архівних свідоцтвах на будівництві Ладозького каналу в 1728—29 був використаний цемент, виготовлений на цементному заводі, що існував в Конорськом повіті Петербурзької губернії В 1824 Дж. Аспдін отримав в Англії патент на спосіб виготовлення гідравлічного цементу. Перший цементний завод у Франції був відкритий в 1840, в Германії — в 1855, в США — в 1871. Поширенню Б. сприяв винахід в 19 ст залізобетону .
Широке вживання Б. у СРСР було підготовлено працями росіян учених Н. А. Белелюбського, А. Р. Шуляченко і І. Р. Малюги, що розробили спільно в 1881 перші норми на портландцемент . В 1890 І. Самовіч опублікував результати випробувань міцності розчинів з різним вмістом цементу і запропонував склади бетонної суміші для здобуття Б. найбільшій щільності. Професор І. Г. Малюга в 1895 встановив якісну залежність між міцністю Б. і процентним вмістом води в масі цементу і заповнювачів. У роботі американського ученого Д. Абрамса, опублікованою в США в 1918, були дани детальні графічні залежності міцності Б. від водо-цементного відношення і рухливості бетонної суміші, від складу Б., великій заповнювачів і водо-цементного відношення. Наукові основи проектування складу Б. з врахуванням його міцності і рухливості бетонної суміші були розвинені радянським ученим Н. М. Беляєвим . Уявлення про залежність міцності Б. від водо-цементного відношення радикально не змінювалися протягом довгого часу. Швейцарський учений Боломе спростив практичне вживання цієї складної (гіперболічною) залежності шляхом переходу до лінійної залежності міцності Б. від зворотної величини — цементно-водного відношення. Протягом ряду років ця залежність застосовувалася на практиці. У 1965 радянським вченим професором Би. Р. Ськрамтаєвим спільно з ін. дослідниками було встановлено, що лінійна залежність справедлива лише в певному діапазоні зміни цементно-водного відношення.
Класифікація і сфери застосування бетону. Би. класифікують по вигляду вживаного терпкого: Б. на неорганічних терпких (цементні Би., гіпсобетони,силікатні бетони, кислототривкі Б., жаростійкі бетони і ін. спеціальні Б.) і Б. на органічних терпких (асфальтобетон,пластбетони ).
Цементні Б. залежно від об'ємної маси (у кг/м 3 ) підрозділяються на особливо важкі (більше 2500), важкі (від 1800 до 2500), легені (від 500 до 1800) і особливо легкі (менше 500).
Особливо важкі бетони призначені для спеціальних захисних споруд (від радіоактивних дій); вони виготовляються переважно на портландцементах і природних або штучних заповнювачах (магнетит, лимоніт, барит, чавунний скрап, обрізання арматури). Для поліпшення захисних властивостей від нейтронних випромінювань в особливо важкі Б. зазвичай вводять добавку карбіду бору або ін. добавки, що містять легкі елементи — водень, літій, кадмій.
Найбільш поширені важкі бетони, вживані в залізобетонних і бетонних конструкціях промислових і цивільних будівель, в гідротехнічних спорудах (див. Гідротехнічний бетон ), на будівництві каналів, транспортних і ін. споруд. Особливе значення в гідротехнічному будівництві набуває стійкості Б., морських і прісних вод, що піддаються дії, і атмосфери. До заповнювачів для важких Би. пред'являються спеціальні вимоги по гранулометричному складу і чистоті. Суворі кліматичні умови ряду районів Радянського Союзу привели до необхідності розробки і впровадження методів зимового бетонування. У районах з помірним кліматом велике значення мають процеси прискорення тверднення Б., що досягається вживанням що швидко-тверднуть цементов, тепловою обробкою (електропрогрівання, пропарювання, автоклавна обробка), введенням хімічних добавок і ін. способами. До важких Би. відноситься також силікатний Би., у якому терпким є кальцієве вапно. Проміжне положення між важкими і легкими Б. займає великопористий (беспесчаний) бетон, що виготовляється на щільному крупному заповнювачі з порізованним за допомогою газо- або піноутворювачів цементним каменем.
Легкі бетони виготовляють на гідравлічному терпкому і пористих штучних або природних заповнювачах. Існує багато різновидів легені Б.; вони названі в залежності від вигляду застосованого заповнювача — вермікулітобетон,керамзитобетон,пемзобетон,перлітобетон,туфобетон і ін.
По структурі і міри заповнення міжзернового простору цементним каменем легені Б. підрозділяються на звичайні легені Б. (з повним заповненням міжзернового простору), малопіщані легені Б. (з частковим заповненням міжзернового простору), великопористі легені Б., що виготовляються без дрібного заповнювача, і легені Б. з цементним каменем, порізованниє за допомогою газо- або піноутворювачів. По вигляду терпкого легені Б. на пористих заповнювачах розділяються на цементних цементно-вапняні, вапняно-шлакові і силікатні. Раціональна сфера застосування легенів Би. — зовнішні стіни і покриття будівель, де потрібні низька теплопровідність і мала вага. Високоміцний легкий Би. використовується в конструкціях промислових і цивільних будівель, що несуть (в цілях зменшення їх власної ваги). До легенів Би. відносяться також конструктивно-теплоізоляційні і конструктивні комірчасті бетони з об'ємною масою від 500 до 1200 кг/м 3 . За способом утворення пористої структури комірчасті Б. розділяються на газобетони і пінобетони, по вигляду терпкого — на газо- і пінобетонах, що отримуються із застосуванням портландцемента або змішаних терпких; на газо- і пеносилікати, що виготовляються на основі вапна; газо- і пеношлакобетони з вживанням мелених доменних шлаків. При використанні золи замість кварцевого піску комірчасті Б. називаються газо- і пенозолобетонамі, газо- і пенозолосилікатамі, газо- і пеношлакозолобетонамі.
Сфери застосування Б. у сучасному будівництві постійно розширюються. У перспективі намічається використання високоміцних Би. (важких і легких), а також Би. із заданими фізико-технічними властивостями: малою усадкою і повзучістю, морозостійкістю, довговічністю, трещиностойкостью, теплопровідністю, жаростійкістю і захисними властивостями від радіоактивних дій. Для досягнення цього буде потрібно проведення широкого круга досліджень, що передбачають розробку найважливіших теоретичних питань технології важких, легенів і комірчастих Б.: макро- і мікроструктурною теорій міцності Б. з врахуванням внутрішньої напруги і мікротрещинообразованія, теорій короткочасних і тривалих деформацій Би. і ін.
Фізіко-технічні властивості Б. Основні властивості Б. — щільність, вміст зв'язаної води (для особливо важких Би.), міцність при стискуванні і розтягуванні, морозостійкість, теплопровідність і технічна в'язкість (жорсткість суміші). Міцність Би. характеризується їх маркою (тимчасовим опором на стискування, осьове розтягування або розтягування при вигині). Марка по міцності на стискування важких цементних, особливо важких, легких і великопористих Би. визначається випробуванням на стискування бетонних кубів із стороною, рівною 200 мм , виготовлених з робочого складу і випробуваних після певного терміну витримки. Для зразків монолітного Б. промислових і цивільних будівель і споруд термін витримки при нормальному твердненні (при температурі 20 °С і відносній вологості не нижче 90%) рівний 28 сут . Міцність Би. у віці 28 сут R 28 нормального тверднення можна визначати по формулі:
R 28 = ar ц ( Ц/В - би ) ,
де Р ц — активність (міцність) цементу; Ц/В — цементно-водне відношення; а — 0,4—0,5 і би — 0,45—0,50 — коефіцієнти, залежні від вигляду цементу і заповнювачів. Для встановлення марки Б. гідротехнічних масивних споруд термін витримки зразків рівний 180 сут . Термін витримки і умови тверднення зразків Би. збірних виробів вказуються у відповідних ГОСТ(державний загальносоюзний стандарт) ах. За марку силікатних і комірчастих Би. приймають тимчасовий опір в кгс/см 2 на стискування зразків тих же розмірів, але прошедших автоклавну обробку одночасно з виробами (1 кгс/см 2 » 0,1 Мн/м 2 ). Особливо важкі Б. мають марки від 100 до 300 (~10—30 Мн/м 2 ) , важкі Б. — від 100 до 600 (~10—60 Мн/м 2 ). Марки високоміцних Би. — 800—1000 (~80—100 Мн/м 2 ). Вживання високоміцних Би. найдоцільніше в центрально-стислих або стислих з малим ексцентриситетом колонах багатоповерхових промислових і цивільних будівель, фермах і арках великих прольотів. Легені Б. на пористих заповнювачах мають марки від 25 до 200> (~2,5—20 Мн/м 2 ), високоміцні Б. — до 400> (~40 Мн/м 2 ), великопористі Б. — від 15 до 100 (~1,5—10 Мн/м 2 ), комірчасті Б. — від 25 до 200(~2,5—20 Мн/м 2 ), особливо легкі Б. — від 5 до 50 (~0,5—5 Мн/м 2 ). Міцність Би. на осьове розтягування нижче міцності Б. на стискування приблизно в 10 разів.
Вимоги по міцності на розтягування при вигині можуть пред'являтися, наприклад, до Б. дорожніх і аеродромних покриттів. ДО Б. гідротехнічних і спеціальних споруд (телевізійні башти, градірні і ін.), окрім прочностних показників, пред'являються вимоги по морозостійкості, що оцінюється випробуванням зразків на заморожування і відтавання (поперемінне) у насиченому водою стані від 50 до 500 циклів. До споруд, що працюють під натиском води, пред'являються вимоги по водонепроникності, а для споруд, що знаходяться під впливом морської води або ін. агресивних рідин і газів, — вимоги стійкості проти корозії. При проектуванні складу важкого цементного Б. враховуються вимоги до його міцності на стискування, рухливості бетонної суміші і її жорсткості (технічній в'язкості), а при проектуванні складу легенів і особливо важких Би. — також і до щільності. Збереження заданої рухливості особливе поважно при сучасних індустріальних способах виробництва; надмірна рухливість веде до перевитрати цементу, а недостатня утрудняє укладання бетонної суміші наявними засобами і незрідка приводить до браку продукції. Рухливість бетонної суміші визначають розміром осідання (у см ) стандартного бетонного конуса (усічений конус заввишки 30 см , діаметром нижньої підстави 20 см, верхнього — 10 см ). Жорсткість встановлюється за спрощеним способом професора Б. Г. Ськрамтаєва або за допомогою технічного віскозиметра і виражається часом в сік , необхідним для перетворення конуса з бетонної суміші в рівновелику призму або циліндр. Ці дослідження виробляють на стандартному лабораторному вібромайданчику з автоматичним вимикачем, використовуваною також при виготовленні контрольних зразків. Градації рухливості бетонної суміші приводяться в таблиці.
Градації рухливості бетонної суміші
Бетонна суміш
Жорсткість по технічному віскозиметру ( сік )
Осаду конуса ( см )
Жорстка
більше 60
0
Помірно жорстка
30-60
0
Малорухлива
15-30
1-5
Рухлива
5—15
5-10
Сильноподвіжная
—
10-15
Лита
—
15-25
Вибір бетонної суміші по мірі її рухливості або жорсткості виробляють залежно від типа бетонованої конструкції, способів транспортування і укладання Б. Наряду з коштовними конструктивними властивостями Б. володіє також і декоративними якостями. Підбором компонентів бетонної суміші і підготовкою опалубок або форм можна видозмінювати забарвлення, текстуру і фактуру Б.; фактура залежить також і від способів механічної і хімічної обробки поверхні Б. Пластічеськая виразність споруд і скульптури з Би. посилюється його пористою, поглинаючою світло поверхнею, а багата градація декоративних властивостей Би. використовується в обробці інтер'єрів і в декоративному мистецтві.
Літ.: Малюга І. Р., Склад і спосіб приготування цементного розчину (бетону) для здобуття найбільшої фортеці, СП(Збори постанов) Би, 1895; Самовіч І., Складання пропорцій цементних розчинів і бетонів, «Інженерний журнал», 1890 № 7—8 і 9; Беляєв Н. М., Метод підбору складу бетону, Л., 1927; Ськрамтаєв Би. Р., Дослідження міцності бетону і пластичності бетонної суміші, М., 1936 (Дісс.); Моськвін Ст М., Бетон для морських гідротехнічних споруд, М., 1949; Шестоперов С. Ст, Довговічність бетону транспортних споруд, 3 видавництва, М., 1966; Міронов С. А., Малін і на Л. А., Прискорення тверднення бетону, 2 видавництва, М., 1964; СНіП(будівельні норми і правила), ч. 1, разд.(розділ) У, гл.(глав) 3. Бетони на неорганічних терпких і заповнювачах, М., 1963; Десов А. Е., Важкі і гідрати бетони. (Для захисту від радіоактивних дій), М., 1956; Некрасов До. Д., Жаротривкий бетон, М., 1957; Суздальцева А. Я., Бетон в сучасній архітектурі, М., 1968; Taylor W. Н., Concrete technology and practice, 2 ed., N. Y., 1967.
Бібл.: Бібліографічний довідник літератури по технології бетону за 1895—1940, під ред. Би. Р. Ськрамтаєва, М., 1941.
