2. Легкие бетоны (500–1800 кг/м3):
• поризованные (керамзитобетон) на искусственных и естественных пористых заполнителях (мелких и крупных) и цементном вяжущем неприхотливы при твердении;
• ячеистые (газобетон, пенобетон) на основе тонкодисперсного кремнеземистого заполнителя и цементного, известкового или смешанного вяжущего, с ячеистой структурой твердеют при тепловой обработке в автоклавах или при повышенном атмосферном давлении;
• крупнопористые, или крупнозернистые, на основе плотного или пористого крупного заполнителя без добавления мелкого заполнителя («беспесчаный» бетон), с крупнопористой структурой твердеют в любых условиях.
3. Особо легкие бетоны (менее 500 кг/м3) отличаются от ячеистых более легким пористым заполнителем, применимы в качестве теплоизоляции.
Однородность бетонной смеси имеет большое значение. Если бетонная смесь расслаивается при транспортировке или укладке, следует ожидать, что конструкции из такого бетона будут обладать низкой несущей способностью из-за невысокой связности материала. Расслоение смеси происходит в результате выделения из нее каких-либо компонентов, например воды или заполнителя. Однородность зависит от того, насколько верно подобран состав бетонной смеси.
Прочность бетона, как и любого другого материала, включает две характеристики: прочность на растяжение и на сжатие. У бетона низкая прочность на растяжение, но высокая прочность на сжатие. Первая характеристика является недостатком, который устраняют с помощью армирования.На прочности бетона для сооружения фундамента не стоит экономить. Иначе весьма вероятно, что через некоторое время после возведения постройки фундамент «поплывет» или деформируется, его придется укреплять, ремонтировать или даже заменять.
У бетона значителен показатель усадки – изменения вертикальных линейных размеров материала при твердении на воздухе. Сокращение размеров в среднем составляет от 0,3 до 0,5 мм на 1 м, а в первые сутки твердения может достигать 70 %.
Кроме основных составляющих бетонной смеси, в нее могут быть введены дополнительные материалы – специальные добавки, улучшающие свойства бетона.
Самые популярные из них – пластификаторы. Эти добавки нужны для повышения пластичности смеси. В зависимости от того, насколько нужно увеличить плотность, морозостойкость и другие характеристики бетона, применяют различные марки пластификаторов. При возведении монолитных железобетонных фундаментов наиболее распространены пластификаторы марок ISOLA FM-86/8; C-3. Эти пластификаторы увеличивают плотность бетонной смеси до 40 %, морозостойкость – до 50 %, а также позволяют сэкономить до 20 % цемента.
При введении в бетон нескольких добавок следует проверять, все ли они являются химически устойчивыми (проще говоря, можно ли их совмещать с другими добавками). Важный показатель – экологичность добавки.
Среди добавок, уменьшающих время твердения бетонной смеси, наиболее популярны хлористый кальций (добавляют в цемент в количестве до 2 % от его массы) и соляная кислота (вводят в количестве до 1,5 % от массы цемента).
Соотношение составляющих бетонную смесь материалов для каждого строительного случая индивидуально. Наиболее распространены следующие пропорции: на 1 кг цемента берут по 2 кг песка, щебня, 700 г воды. Главное, чтобы в результате получилась смесь с нужными свойствами.
СТАЛЬ
Сталь, как правило, представляет собой сплав двух металлов (железа и чугуна) с углеродом. Нержавеющую сталь изготавливают из хрома и никеля, но при устройстве фундаментов ее не применяют из-за высокой стоимости. С помощью прокатки, литья, прессования и термообработки можно получить сталь с различными физическими и химическими свойствами.
При сооружении фундаментов сталь используют в металлических сваях и арматуре, реже – при возведении столбчатого фундамента из металлических труб, заполненных цементно-песчаным раствором с наружной обработкой гидроизоляционным составом, а для также металлических обвязочных балок.
Стальные сваи могут представлять собой прокатный стальной профиль в виде длинного стержня или трубу. Стальные сваи обладают несколькими недостатками: для их заглубления необходимо специальное оборудование (если диаметр сваи более 100 мм, а длина более 3 м); из-за большого расхода металла повышается стоимость таких фундаментов; сваи изготавливают из обычной стали, поэтому их необходимо обрабатывать антикоррозионным составом. Стальные сваи могут быть забивными и винтовыми. В первом случае для их внедрения в грунт необходимы дизель-молот или копровая (коперная) установка, во втором случае – кабестан. Копровая установка представляет собой механизм для подъема сваи, ее корректировки, погружения в грунт и извлечения с помощью выдергивателя. Такой механизм может быть установлен, например, на базе экскаватора или другого строительного оборудования. Кабестан – механизм с вертикальным воротом, позволяющим вкручивать сваи в грунт. Дизель-молот применяют для забивания свай с помощью механизма, аналогичного по работе дизельному двигателю. Все эти установки вызывают колебания грунта и создают сильный шум.
Для изготовления железобетона и укрепления некоторых каменных фундаментов применяют стальную арматуру – металлические стержни различных диаметров и профилей. Тип арматуры подбирают в зависимости от вида фундамента. Арматуру делят на типы в зависимости от диаметра или поперечного сечения, вида профиля, способа изготовления и устройства.
Во-первых, различают жесткую и гибкую арматуру. Чаще применяют гибкую арматуру (рис. 7). Жесткая арматура представляет собой прокатные профили в виде двутавров, швеллеров, уголков, иногда – труб. При этом в ход могут пойти изделия, относящиеся к металлолому, но сохранившие свои конструктивные свойства. Кроме стали, для армирования конструкций используют стеклопластики и некоторые другие материалы, но крайне редко.
Рисунок 7. Образцы гибкой арматуры по типам и видам поперечного сечения: а) гладкий горячекатаный стержень (тип арматуры А-I); б) проволочная арматура круглого сечения; в) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля (тип арматуры А-II); г) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля (типы арматуры А-III и А-IV)
Рисунок 7 (продолжение). Образцы гибкой арматуры по типам и видам поперечного сечения: д) стержневая горячекатаная арматура периодического профиля менее распространенных типов; е) холодносплющенная проволочная арматура периодического профиля; ж) семипроволочная прядь класса К-7; з) трехпрядевый трос класса К-3
Гибкую арматуру можно разделить на стержневую и проволочную. Стержневая арматура менее гибкая, ее выпускают диаметром от 6 до 90 мм. Она делится на 7 классов по прочности, показатель которой тесно связан с величиной поперечного сечения.
Стержневая арматура – наиболее популярный вариант. По способу изготовления она может быть горячекатаной, термически упрочненной или усиленной с помощью вытяжки. Проволочная арматура диаметром от 3 до 8 мм может иметь вид прядей, канатов, а также сварных и тканых сеток.
Для фундаментных работ применяют арматурные стержни и канаты с диаметром поперечного сечения более 12 см, а также жесткую арматуру. Номер сечения арматурного стержня по сортименту соответствует размеру его поперечного сечения. Размер сечения устанавливают с помощью расчета в зависимости от необходимой общей массы арматуры.
Стержневая и проволочная арматура бывает нескольких видов в зависимости от способа применения (рис. 8): отдельный стержень или проволока, сетка, линейно вытянутый или распределенный по площади пространственный каркас. В зависимости от расположения стержня в пространственном каркасе он может быть продольным или поперечным.Рисунок 8. Виды арматуры: а) отдельные стержни, б) плоский каркас, в) пространственный каркас, г) арматурная сетка плоская, д) арматурная сетка рулонная, е) армоблок; 1 – рабочие стержни прямые, 2 – рабочие стержни отогнутые, 3 – монтажные стержни, 4 – хомуты, 5 – распределительные стержни, 6 – сетки, 7 – пространственный каркас
Способ армирования следует выбирать в зависимости от геометрических параметров армируемой конструкции. Например, при устройстве столбов и балок применяют линейно вытянутый пространственный каркас, состоящий из пучка продольных стержней, связанных поперечно хомутами из арматуры меньшего диаметра. При возведении фундаментов чаще применяют пространственный каркас из стержней. Арматуру в виде отдельного стержня используют при замоноличивании асбестоцементных столбов и устройстве железобетонных свай. Этот стержень должен иметь довольно большой размер сечения. При устройстве плитного фундамента арматурный каркас представляет собой пространственную сетку. Плоские сетки для армирования фундамента почти не применяют, но они могут быть использованы для усиления каменной кладки.
По способу соединения деталей различают сварную и перевязанную арматуру. Перевязку арматурных стержней осуществляют с помощью гибкой прочной проволоки.
По назначению арматура может быть рабочей, монтажной и распределительной. Рабочую устанавливают непосредственно в конструкциях, монтажная выходит за пределы конструкций и служит для соединения конструктивного элемента с другим элементом путем перевязки или сварки закладных деталей (так обычно называют выпуски монтажной арматуры). Распределительная арматура может быть установлена по другим конструктивным соображениям.
В зависимости от вида поперечного сечения гибкая арматура бывает гладкой или периодического профиля (например, ребристого). Ребристая арматура предпочтительнее, поскольку имеет более сильное сцепление с бетоном.
В отдельный вид можно выделить напрягаемую арматуру, которую применяют в предварительно напряженных конструкциях для резкого повышения