Бетон и железобетон
Страницы: 1 2 3К числу наиболее прочных и долговечных искусственных камней относятся бетон и железобетон.
В высотных зданиях, в разнообразных промышленных сооружениях, в водонапорных башнях, дымовых трубах, бассейнах, каналах, покрытиях автомобильных дорог — везде бетон и железобетон нашли себе применение.
Судно из камня! Это кажется фантастичным. Однако в настоящее время сотни судов делаются из железобетона.
Какие же материалы мы называем бетоном и железобетоном? Какие свойства обеспечили им такое широкое применение в строительстве и других областях техники?
Бетоном называют искусственный материал, полученный соединением в монолит гравия (или щебня) и песка при помощи вяжущего вещества.
Давно известным вяжущим веществом является строительный гипс, который раньше назывался алебастром (по названию города Алебастрон в Северной Африке). Если его замешать с водой до тестообразного состояния, то через несколько минут пластичная масса начнёт густеть, образуя искусственный камень.
Другой весьма распространённый в настоящее время вяжущий материал — негашёная известь, представляющая собой окись кальция. Получается она обжигом естественного камня — известняка, выделяющего при обжиге углекислый газ.
Чтобы применить известь как вяжущее, нужно «погасить» её, т. е. дать ей вступить в реакцию с водой. Но возможно применять как вяжущее и негашеную известь, размолотую в тонкий порошок. Этот способ разработан лауреатом Сталинской премии И. В. Смирновым.
Значительно отличается по своим свойствам от г«пса и извести вяжущий материал — цемент, тонко размолотый порошок серого цвета; и гипс, и известь обладают одним существенным недостатком — они размокают в воде. Цемент же способен под водой твердеть и сохранять в дальнейшем свою прочность.
Цемент — это продукт обжига смеси известняка и глины*). Обжиг производят в специальных вращающихся печах при температуре 1400—1500°. После обжига получается спекшаяся масса — цементный клинкер. Последний подвергается размолу в тонкий порошок с добавкой при размоле нескольких процентов гипса (обычно до 5%) для увеличения прочности и стойкости цемента.
Что же происходит с цементом при соприкосновении его с водой?
Когда цемент замешивают с водой, составляющие его минералы вступают с ней в химическую реакцию и образуют новые соединения — гидросиликаты и гидроалюминаты кальция. Вновь образующиеся соединения выпадают из раствора в виде мельчайших кристаллов, которые, срастаясь и переплетаясь между собой, образуют камневидное тело. Если рассмотреть тончайшую пластинку из затвердевшего цемента под электронным микроскопом, дающим увеличение в 25 000 раз, то можно обнаружить сложное переплетение кристаллов различных размеров и формы (рис. 11). Это сплетение кристаллов и придаёт монолитность цементному камню. Прочность цементного камня постепенно увеличивается. Этот процесс продолжается весьма длительное время — месяцы и даже годы.
Рис. 11. Микроструктура затвердевшего цемента под электронным микроскопом (увеличение в 25 000 раз).
В отличие от глины, которая довольно прочна в сухом состоянии, но легко размокает в воде, затвердевший цементный камень водоустойчив. Сколько бы мы ни старались размочить его в воде, ничего из этого не получится. Наоборот, цементный камень приобретает в воде ещё большую прочность, чем в воздухе.
Цемент и служит вяжущим веществом для бетона.
Первые попытки приготовления бетонов делались с применением гипса и извести. Однако такие бетоны обладали малой прочностью и были недолговечны. Бетоны, в которых в качестве вяжущего использован цемент, называются цементными бетонами. Они отличаются большой прочностью и долговечностью.
*) Подробнее о цементе и бетоне см. брошюру А. В. Чуйко, Необыкновенный камень, «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.