ЦЕМЕНТ

Российская промышленность быстрыми темпами неуклонно движется вперед, из года в год увеличиваются объемы строительных работ. Вступают в строй десятки и сотни новых предприятий. В широких масштабах развертывается жилищное и культурно-бытовое строительство.

В разных уголках нашей великой Родины - в Крыму и на Урале, на Волге и в Туркмении, в степях Казахстана и в Сибири - растут гигантские стройки.

Все большее значение для этих гигантских работ приобретает в числе других материалов цементный бетон - прочный и долговечный материал, из которого строят дорожные покрытия, мосты, плотины, промышленные цеха и другие сооружения.

Гидроэлектростанции, плотины и каналы сооружаются небывалыми в мире темпами. Развиваются транспортные связи между промышленными районами, между городом и деревней. Увеличивается сеть автомобильных магистралей, сооружаемых по последнему слову строительной техники. Новые прочные мосты перебрасывают свои пролеты над течением многочисленных рек нашей страны.

Способам получения цементного бетона, его многообразным свойствам и особенностям посвящена этот сайт.


БЕТОНЫ

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.

Наш сайт посвящен описанию свойств цементного бетона. В дальнейшем мы будем его называть просто бетоном.

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.

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.

Бетон - широко распространенный строительный материал. Сооружения из него можно часто видеть и на дорогах.

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.

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.

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.

Основное свойство всякого строительного материала это его прочность.

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.

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.

Рис. 1. Примеры для сравнения свойств бетона и железобетона

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.

В дорожном строительстве применение бетона быстро растет, поэтому каждый строитель-дорожник должен хорошо знать свойства этого материала.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

По решению 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.


Рис. 2. Мост, сооруженный из железобетона, и мост из естественного камня

О свойствах бетона и его применении в дорожном строительстве рассказывается далее.

ЦЕМЕНТ

Цемент представляет собой тонкоразмолотый минеральный порошок, способный при смешении с водой образовывать пластичную массу, с течением времени затвердевающую в камневиднос тело.

Познакомимся прежде всего со свойствами основной составной части бетона - цементом.

Наиболее распространенный цемент, называемый портланд-цементом, получают путем обжига при высокой температуре (1400-1500°) природного сырья в виде мергелей или искусственной смеси известняка с глиной и другими материалами. Обжиг производится в специальных печах. Обычно цементообжигательная печь - это огромный, длиной 100-150 метров, горизонтально расположенный цилиндр, выложенный внутри огнеупорным кирпичом и медленно вращающийся. Печь устанавливается с наклоном; благодаря этому материалы в ней, пересыпаясь, постепенно передвигаются от одного конца к другому. При обжиге получается спекшийся материал, часть которого расплавилась и застыла в стекловидном состоянии. Этот материал носит название цементного клинкера. На рис. 3 показано строение цементного клинкера при небольшом увеличении. Из рисунка видно, что цементный клинкер состоит из кристаллических минералов, соединенных стекловидным веществом.


Рис. 3. Частица цементного клинкера в разрезе при увеличении в 100 раз

Цементный клинкер подвергается размолу в тонкий порошок с добавкой при размоле нескольких процентов гипса (обычно до 5%), и цемент готов. Схема производства цемента показана на рис. 4.

Схема производства цемента

Рис. 4. Схема производства цемента

Состав и свойства минералов, входящих в цементный клинкер, изучаются специальной отраслью химии - химией цемента.

Цементный клинкер имеет сложный состав. В него входят соединения извести с окисью кремния, так называемые силикаты кальция. Они составляют основную часть - около 75% - клинкера. Большое влияние на свойства клинкера оказывает содержание в нем соединений окиси алюминия с окисью кальция, которые называются алюминатами кальция. Одно из этих соединений, преимущественно представляющее алюминаты кальция, - трехкальциевый алюминат, в большой степени влияет на технические свойства цемента. Это вещество очень быстро соединяется с водой, но не дает устойчивых соединений. В зависимости от вида исходных материалов и условий обжига состав цементного клинкера, а следовательно, и его технические свойства изменяются. Портланд-цемент, выпускаемый различными заводами, имеет общее название и общие характеристики по прочности, но может отличаться по составу. Различие в составе клинкера определяет такие важные технические свойства цемента, как скорость затвердевания, устойчивость в природных водах, морозостойкость и др.

Помимо портланд-цемента, выпускаются большие количества различных цементов, отличающихся составом сырья, из которого их получают, способом производства и свойствами. российская цементная промышленность выпускает специальные цементы, предназначенные для особых условий службы бетона и специальных целей. Значительное количество разновидностей цементов получается на основе портланд-цементного клинкера путем добавки к нему различных веществ. В приведенной на стр. 11 таблице дается краткий перечень важнейших цементов с указанием их назначения, особенностей и области применения.

В цементный клинкер при помоле могут вводиться, кроме гипса, и другие добавки: горные породы, шлаки, которые, присутствуя в цементе в количестве до 10-15%, существенно не ухудшают его прочности и позволяют экономить таким образом более дорогой клинкер. Однако там, где требуется высокая морозостойкость, как, например, в дорожных покрытиях, рекомендуется применять цемент, полученный размолом цементного клинкера, без каких-либо добавок, кроме гипса.

Наименование цемента Основные свойства Где применяется
Портланд-цемент Цементное тесто, растворы и бетоны способны затвердевать под водой. Основную прочность приобретает за месяц твердения. В дорожных, гидротехнических и промышленных сооружениях, в конструкциях, подверженных действию атмосферных условий.
Портланд-цемент с гидравлическими добавками (пуццолановый портланд-цемент) Твердеет более медленно, чем портланд-цемент. Бетон на этом цементе более водоустойчив и плотен, но легче разрушается от действия мороза. В подводных и подземных частях гидротехнических сооружений, мостов, труб и др.
Шлаковый портланд-цемент (шлакопортланд-цемент) Те же свойства, что и у пуццоланового портланд-цемента. Там же, где портланд-цемент, атакже в обычных конструкциях промышленных сооружений.
Пластифицированный портланд-цемент  По сравнению с портланд-цементом дает более подвижные бетонные или растворные смеси. Там же, где и обычный портланд-цемент. 
Гидрофобный портланд-цемент Устойчив к хранению в сырых условиях. Там же, где и обычный портланд-цемент.
Смешанные цементы (состоят из портланд-цемента и минеральных добавок или из местных вяжущих материалов: извести, шлаков) Имеют пониженную прочность и морозостойкость. Для строительных растворов и бетона невысокой прочности.
Расширяющийся цемент Обладает способностью увеличивать объем при твердении. Для восстановления поврежденных железобетонных конструкций, для водонепроницаемых штукатурок.
Глиноземистый цемент Быстро твердеет, выделяет большое количество тепла при твердении. Стоек в растворах гипса и других солей (кроме сернокислого натрия и щелочей). Не выдерживает температур выше 30° С при затворении и в первые сроки твердения. Для аварийных работ, в строительстве сооружений в агрессивных водах.

Чем тщательнее подобран состав сырья, чем лучше проведен процесс обжига и чем тоньше размолот цемент, тем выше его качества и тем большую прочность может он обеспечить при затворении его водой. Но более активный цемент всегда более чувствителен к действию влаги и углекислоты, содержащихся в воздухе, и при хранении быстрее теряет активность. Это видно из рис. 5. Чем мельче частицы цемента, тем больше их поверхность на каждый грамм цемента и тем больше процент потерь при образовании на их поверхности пленки одинаковой толщины. Поэтому современные тонкомолотые высокоактивные цементы требуют тщательной упаковки и хранения и быстрого употребления в дело.

Схема действия водяного пара и углекислоты воздуха на цементные частицы разной крупности

Рис. 5. Схема действия водяного пара и углекислоты воздуха на цементные частицы разной крупности

Как был открыт современный цемент?

Способность некоторых природных материалов после обжига приобретать свойство затвердевать, будучи смешанными с водой, была известна давно. Наиболее древними вяжущими строительными материалами были известь и гипс, которые не требовали тонкого размола и высоких температур для их изготовления. Постепенное развитие конструкций обжигательных печей и размольного оборудования позволило создать условия, необходимые для получения высококачественных цементов.

Производство современного портланд-цемента, дающего высокую прочность бетону и способного быстро затвердевать в смеси с водой и продолжать твердение под водой, возникло сравнительно недавно - в начале XIX века.

Первые указания о производстве таких цементов - предшественников современных цементов - имеются в работах русского академика М. В. Севергина (1702 г.) и в книге Егора Челиева.

Большие работы по исследованию способов получения цементов были проведены в начале XIX века известным французским ученым Вика и его учениками. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

В книге Челиева, изданной в 1825 г., обобщен опыт приготовления вяжущего вещества, применявшегося при восстановлении Московского Кремля. В книге дается описание свойств и технологии приготовления наиболее совершенного для того времени цемента, более совершенного, чем цемент англичанина Аспдина, который в тот же период работал над способом получения цемента, названного впоследствии портланд-цементом по имени города Портлэнд, около которого добывался естественный камень, похожий по внешнему виду на затвердевший бетон.

Производство цемента в России до Великой Октябрьской социалистической революции развивалось сравнительно медленно.

Заслуга Егора Челиева, первого русского исследователя, получишнего высококачественный цемент, достойно оценена в нашей стране.

Большие работы по исследованию свойств цементов провели русские ученые Р. Л. Шуляченко, А. А. Байков, В. А. Кинд, С. И. Дружинин, В. Н. Юнг, П. П. Будников, В. Ф. Журавлев и др.

Производство цемента быстро растет, но и потребность в нем непрерывно увеличивается. По темпам развития, по организации технического контроля за качеством наша цементная промышленность занимает ведущее положение в мире.

В настоящее время российская цементная промышленность выпускает во все возрастающем количестве высококачественные цементы. Растет выпуск и специальных цементов. По плану шестой пятилетки производство цемента должно вырасти в 2,2 раза.

Для того чтобы правильно и экономно использовать этот замечательный и ценный строительный материал, необходимо хорошо знать его свойства и особенности.



Что же происходит при смешении, или, как говорят строители, при затворении цемента с водой?

Чтобы лучше понять явления, происходящие при этом, сравним процессы, действующие в смеси цемента с водой - цементном тесте, с тем, что происходит в таком общеизвестном и простом материале, как глиняное тесто.

Глина, замешанная с водой, образует глиняное тесто, которое при хранении во влажных условиях (например, под сырой тряпкой) не изменит своего состояния и останется таким же мягким, каким оно было в момент замеса. Глиняное тесто затвердевает только при высушивании, но, если его опять смочить водой, оно размокнет. Так, например, размокает кирпич-сырец, не подвергавшийся обжигу. Высушенное гдиняное тесто имеет меньший вес, чем влажное. Свободное удаление воды путем высушивания и возможность повторного получения теста при увлажнении свидетельствуют о том, что химического соединения воды с глиной не происходит.

А с цементом дело обстоит иначе.

Если замешать порошок цемента с водой, образуется пластичная масса-тесто, которое может быть залито или уложено в заранее приготовленную форму. В зависимости от количества добавленной в него воды тесто будет более или менее жидким. Оставленное в покое, оно постепенно густеет, теряет текучесть, подвижность, как говорят, «схватывается», а затем постепенно затвердевает, обращаясь в прочное камневидное тело, называемое цементным камнем. Прочность цементного камня возрастает со временем, и ее увеличение продолжается в течение длительных сроков, исчисляемых месяцами и годами. При хранении теста во влажных условиях, исключающих высыхание, оказывается, что вес цементного камня не изменяется со временем. При длительном твердении теста, а затем цементного камня па воздухе оно не высыхает полностью, часть воды остается и может быть удалена из него только при повышенной температуре. Это свидетельствует о химическом связывании воды с минералами, которые составляют цементный клинкер, в новые прочные соединения. Затвердевший цементный камень уже не размягчается водой. Это важнейшее свойство цементного камня позволяет широко применять цементы для строительства сооружений, непрерывно находящихся в воде или подвергающихся периодическому ее действию.

Как бы мы ни старались размочить цементный камень, ничего из этого не получится. Наоборот, в воде он приобретает еще большую прочность, чем на воздухе.

Как же объясняет процессы затвердевания цементов современная наука?

Наиболее полную теорию твердения цементов создал русский ученый, академик А. А. Байков. Эта теория расширена и углублена в многочисленных работах советских ученых.

Связав химически часть воды, новые соединения, обладая меньшей растворимостью, выпадают из раствора в виде мельчайших кристаллов, невидимых даже под обычным микроскопом. Эти кристаллы срастаются, переплетаясь между собой и образуя плотное камневидное тело.

На рис. 3 представлено в разрезе строение частицы цемента. При действии воды на порошок цемента составные части его вступают в реакцию с водой. При этом процессе выделяется известь и образуются не растворимые в воде новые соединения, так называемые гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

В настоящее время наиболее полные представления о процессах твердения цементов развиваются в работах академика П. А. Ребиндера и его учеников.

На рис. 7 показан кусочек затвердевшего цементного камня при увеличении в 25 000 раз в современном электронном микроскопе. Вещества, образующиеся при взаимодействии цемента с водой, по своему кристаллическому строению близки к минералам, составляющим обычные горные породы, поэтому они хорошо сцепляются с их поверхностью.


Рис. 7. Затвердевший цемент под электронным микроскопом

Цементы без гипса или с малым его количеством часто загустевают уже во время перемешивания, и это создает неудобства при работе с цементом.

Чтобы улучшить свойства цемента, к нему при помоле добавляют небольшие количества гипса. Хотя гипса добавляется всего 3-5%, его роль весьма существенна. Небольшая добавка гипса сильно влияет на сроки загустевания цементного теста - сроки его схватывания, удлиняя их до нескольких часов, что позволяет перевозить и укладывать бетонную смесь в конструкции. Кроме того, гипс увеличивает прочность и стойкость цемента. Происходит это потому, что гипс химически соединяется с наиболее слабой составной частью цемента - с трехкальциевым алюминатом, превращая его в более стойкое вещество.

Прочность бетона в наибольшей степени зависит от прочности цементного камня. В свою очередь прочность цементного камня в большой степени зависит от состава цемента, качества его обжига, тонкости измельчения и от количества воды, взятой для затворения. Чем больше воды взято на замес, тем меньше прочность цементного камня и, следовательно, бетона.

Изучение процессов твердения цементов показало, что при этом химически соединяется с цементом только 15-20% воды по отношению к весу цемента. Но в состав бетонной смеси приходится вводить большее количество воды для придания бетонной смеси подвижного удобоукладываемого состояния за счет образования подвижного цементного теста, которое смазывает поверхность песка и каменных материалов. Обычно в бетонной смеси отношение количества воды к весу цемента находится в пределах 45-65%. Излишек воды по сравнению с количеством, необходимым для химических реакций, раздвигает частицы песка и каменных материалов в составе бетона и увеличивает объем пустот в нем. Цементный клей становится разбавленным и прочность его понижается. Уменьшается и плотность бетона, а от плотности зависит долговечность бетона.

Сроки схватывания зависят и от температуры материалов для бетона и от температуры бетонной смеси после затворения. Чем выше температура, тем быстрее наступает загустевание. При температуре выше 60° обычно происходит быстрое схватывание большинства цементов. При температуре ниже 0° схватывание и твердение цементов прекращается.

Для уменьшения количества воды в составе бетонной смеси в нее может добавляться небольшое количество особых, так называемых поверхностно-активных веществ. Научные основы действия таких веществ разработаны в нашей стране академиком П. А. Ребиндером. Эти вещества, распределяясь по поверхности частиц цемента, покрывают их тончайшей пленкой, создают смазывающий слой; при этом увеличивается подвижность - пластичность бетонной смеси. Такие вещества называют пластификаторами. Пластификаторы добавляются в очень небольшом количестве - десятые доли процента от веса цемента, но, несмотря на это, действие их очень сильное. На рис. 8 приведены снимки под микроскопом цемента, замешанного с водой без добавки пластификаторов и с добавкой. В то время как в обычном цементном тесте отдельные частицы слиплись в крупные хлопья, с добавкой же пластификатора все эти частицы разделились и, таким образом, увеличилась пластичность теста.

Для дорожного бетона допускается водоцементное отношение не более 0,50-0,55 в зависимости от климатических условий, в которых он будет работать.


Рис. 8. Микроснимки цемента:
вверху - с добавкой пластификатора;
внизу - цемент без пластифицирующей добавки

В качестве пластификаторов применяется отход бумажного производства - сульфитно-спиртовая барда. Добавка пластификатора не только повышает пластичность бетонной смеси, но и улучшает технические свойства бетона, например его морозостойкость. Если при добавке пластификатора не увеличивать пластичность бетонной смеси, а сократить водоцементпое отношение, то можно увеличить прочность бетона или уменьшить расход цемента. Цементная промышленность выпускает пластифицированные цементы в массовом количестве.

Воздухововлекающие добавки должны найти широкое применение в дорожном строительстве, так как позволят значительно повысить долговечность бетонных дорожных покрытий.

Для бетонных дорожных покрытий важное значение имеет добавление в состав бетонной смеси веществ, которые повышают долговечность бетона. В условиях климата средней полосы и севера СССР основным фактором, вызывающим разрушение дорожного покрытия, является многократное замораживание бетона в то время, когда он насыщен водой. Улучшение морозостойкости делает бетон более долговечным. Необходимое повышение морозостойкости достигается введением в бетон очень маленьких количеств специальных веществ, обладающих способностью образовывать небольшие количества пены в составе бетонной смеси. Как ни удивительно, но оказывается, что бетон, который содержит в своем объеме небольшое количество пустот (4-5%) в виде мелких равномерно распределенных пузырьков воздуха, обладает в 2-3 раза большей морозостойкостью, чем обычный бетон. Количество вспенивающих веществ, называемых воздухововлекающими добавками, составляет всего несколько сотых процента от веса цемента. В качестве таких добавок применяется обычно канифольное мыло (промышленное название - абиетиновая смола).

Среди специальных цементов, обладающих важными свойствами, следует отметить разработанный советскими учеными (М. И. Хигеровичем и Б. Г. Скрамтаевым) гидрофобный цемент. Само название цемента говорит о том, что это цемент, который боится воды.

Как же так цемент, который должен соединяться с водой, и вдруг боится воды?

На основе портланд-цементного клинкера выпускается целый ряд цементов с добавками. В зависимости от вида добавки изменяется и название цемента. Если портланд-цемент смешивается с доменными шлаками, то такой цемент называют шлакопортланд-цементом. Если в качестве добавки используются природные материалы, обладающие способностью химически соединяться с известью (так называемые пуццоланы), то такие цементы называются пуццолановыми портланд-цементами. И шлакопортланд-цемент и пуццолановый портланд-цемент обладают более медленным твердением по сравнению с портланд-цементом и менее морозостойки, поэтому их применение для дорожных покрытий не допускается. Они могут быть использованы для подводных и подземных сооружений и для конструкций, повергающихся обычным ятмосферным воздействиям.

Гидрофобный цемент получается путем добавления к цементу при помоле небольшого количества веществ, которые не смачиваются водой. На поверхности частиц цемента образуется тонкая молекулярная пленка такого вещества. Гидрофобный цемент, находясь даже во влажном воздухе, не теряет своей активности. Он гораздо устойчивее к длительному хранению, чем обычный портланд-цемент. Когда же в составе бетонной смеси гидрофобный цемент попадает в бетономешалку, то под действием трения о частицы песка и щебня жировая пленка на его поверхности прорывается, и он смачивается водой. Гидрофобный цемент придает бетону повышенную морозостойкость по сравнению с обычным портланд-цементом. Так же как и пластифицированный цемент, гидрофобный цемент является улучшенной разновидностью портланд-цемента.

Одним из серьезных недостатков портланд-цемента является усадка, т. е. уменьшение размеров изготовленных на нем бетонных конструкций при нахождении их на воздухе. В последнее время созданы цементы, не обладающие этим недостатком и даже расширяющиеся в процессе твердения. В СССР такой цемент был разработан группой ученых под руководством В. В. Михайлова и Б. Г. Скрамтаева.

Из специальных цемепов представляет интерес глиноземистый цемент. Он отличается большой скоростью твердения. Этот цемент полностью затвердевает в течение трех суток, приобретая за это время полную прочность. Однако такое быстрое твердение сопровождается большим выделением тепла, способным привести к растрескиванию конструкций в результате неравномерного нагрева. Кроме этого, высокая температура (выше 25°) нарушает процесс твердения глиноземистого цемента; образующиеся при этом неустойчивые соединения снижают прочность и долговечность бетона.

Глиноземистый цемент применяют в тех случаях, когда нужно быстро восстановить или забетонировать какую-нибудь конструкцию. Этот цемент применим только для тонкостенных сооружений. Его применение ограничено из-за большой стоимости (в 2 раза более высокой, чем портланд-цемент) и дефицитности сырья для его приготовления.

Для строительства дорожных покрытий обычно применяется портланд-цемент. Однако необходимо, чтобы этот цемент обладал высокой прочностью, небольшой изнашиваемостью, высокой стойкостью к воздействию атмосферных условий (морозостойкостью) и хорошей устойчивостью к переменам температуры. Не все заводы выпускают портланд-цементы, удовлетворяющие этим требованиям. Технические условия на цемент для дорожного строительства предусматривают ограничение содержания (до 9%) в цементе неустойчивого минерала, о котором мы уже упоминали выше, - трехкальциевого алюмината. Марка дорожного цемента должна быть не ниже 500.

Расширяющийся цемент характеризуется увеличением объема в первые часы и сутки твердения. Если изготовить из расширяющегося цемента изделие длиной в 1 метр, то через трое суток оно удлинится на 15 миллиметров. Дорожное покрытие из такого цемента на третьи сутки дало бы увеличение длины на 15 метров на каждый километр. Этот цемент как бы растет при затвердевании. Такое замечательное свойство расширяющегося цемента позволяет использовать его с наибольшим успехом для заделки швов в различных сооружениях. В частности, расширяющийся цемент применяется для уплотнения швов между тюбингами в тоннелях московского метро. Расширяющийся цемент находит применение для ремонта конструкций, когда важно обеспечить плотное прилегание их частей. Недостаточная морозостойкость бетона на таком цементе не позволяет применять его для сооружений, к которым предъявляются требования высокой морозостойкости.

Есть и другие виды специальных цементов: магнезиальный, кислотостойкий и др. Их описание читатель найдет в специальных руководствах.

Для растворов каменной кладки должны и могут успешно применяться цементы на местных материалах: извести, шлаках, гипсе. Производство таких цементов с использованием в качестве активной составляющей молотой извести-кипелки развивается в нашей стране на основе предложений И. В. Смирнова и разработанной им совместно с Б. В. Осиным теории. Такие цементы значительно дешевле, чем обычный портланд-цемент, и обладают необходимыми строительными качествами.

Применение извести-кипелки внесло переворот в технику использования извести. Активная энергия, заключенная в обожженной извести и терявшаяся прежде во время гашения, теперь используется при ее твердении.

Бетон приобретает прочность в процессе твердения в сооружении, - поэтому строитель должен быть уверен в нужном качестве применяемого цемента. Для этого цемент испытывается заранее и только после определения его основных технических свойств может применяться в дело.

Портланд-цемент выпускается марок 300; 400; 500; 600 и 700. Марка цемента - условная величина и обозначает, что прочность при сжатии образцов из цементного раствора, приготовленных и испытанных в точном соответствии со стандартом, не ниже цифры, обозначающей марку.

Определение качества этих свойств производится в лаборатории. В СССР применяются стандартные, обязательные для всех методы испытания. Стандартизация позволяет получить сравнимые данные при испытании цемента на заводе и на строительных объектах. Основное свойство цемента, определяемое при предварительных испытаниях, - прочность. Она выражается в той нагрузке, которую может выдержать образец из цементного камня, раствора или бетона. Прочность выражается в килограммах на 1 квадратный сантиметр поперечного сечения образца. Обозначение прочности - кг/см2.

Прочность бетона, приготовленного на цементе определенной марки, будет различной в зависимости от расхода цемента, качества материалов и условий твердения. При проектировании конструкций пользуются также условной величиной - маркой бетона.

Бетон должен быть не только прочным, но и, в зависимости от предстоящих условий его службы, морозостойким, плотным и трудноистираемым.

Марка бетона показывает, какую прочность должен иметь бетон. Определяют прочность бетона путем испытания образцов, изготовленных из бетонной смеси и твердевших во влажных условиях. Образцы имеют форму куба с ребром 20 сантиметров и должны изготавливаться в точном соответствии с указаниями стандарта. Если прочность таких образцов, выраженная в кг/см2, равна или выше заданной марки, то бетон может применяться в конструкции, для которой запроектировано применение данной марки бетона.

Нормированы следующие марки бетона: 50; 100; 150; 200; 300; 400; 500 и выше. Возможно проектирование бетонов промежуточных марок. Например, в стандарте на дорожные покрытия предусматривается применение бетона марок 250; 300 и 350.

Виды бетона, применяемые в технике, можно классифицировать по различным свойствам.

По объемному весу бетоны делятся на:
1) тяжелые - с весом 1 кубического метра свыше 2,0 тонн, или, как пишется, свыше 2,0 т/м3;
2) облегченные - с объемным весом 1,8-2,0 т/м3;
3) легкие - с объемным весом 1,0-1,8 т/м3;
4) особо легкие - с объемным весом менее 1,0 т/м3.

Обычно бетон резделяют по видам строительства на бетон гидротехнический, дорожный, обычный и т. д. Эта классификация не совсем точна, и правильнее разделять бетон так, как это было предложено С. В. Шестоперовым в зависимости от условий работы бетона в сооружении: бетон морозостойкий, водостойкий, атмосфероустойчивый и бетон внутренних частей сооружений.

Научные основы производства бетона были заложены в конце XIX века трудами ученых различных стран. Русские ученые внесли свой вклад в это дело.

И. Г. Малюга разработал правила получения наиболее прочного бетона с минимальным расходом цемента. Работы инженера Малюги имели большое значение в деле создания стройной теории бетона.

Большие работы в области цементов и бетона были проведены А. Р. Шуляченко, изучавшим способы усовершенствования производства цемента и строительства морских бетонных сооружений. Известный русский ученый и инженер-строитель Н. А. Белелюбский построил первый в мире маяк из железобетона.

Исследования свойств бетонов, технологии, производства бетонных работ широко развернулись в СССР. Большие работы в области технологии бетона проведены коллективами научно-исследовательских организаций под руководством Н. М. Беляева, Б. Г. Скрамтаева, С. А. Миронова, С. В. Шестоперова и многими другими советскими исследователями.

Естественные каменные материалы гораздо дешевле искусственного цементного камня, поэтому понятно стремление строителей ввести в состав бетона как можно больше заполнителей и использовать цементный камень только для склеивания естественных материалов и для придания бетонной смеси подвижности - удобоукладываемости.

В цементном бетоне большая часть объема, обычно свыше 70%, заполнена естественными каменными материалами: песком, щебнем или гравием. Эти материалы называют заполнителями для бетона.

Какие размеры зерен каменных материалов будут наилучшими для приготовления экономичной бетонной смеси?

На первый взгляд кажется, что объем пустот в смеси из зерен различных размеров определяется размером зерен: чем крупнее зерна, тем меньше промежутков между ними. Но это далеко не так. Представим себе, что мы хотим заполнить кубический ящик со стороной в 1 метр шарами одинакового размера: в одном случае поместим в ящик один шар диаметром в 1 метр, в другом восемь шаров диаметром в 0,5 метра. Простой подсчет показывает, что в обоих случаях объем, заполненный материалом, и объем пустот будут одинаковыми. Он равен разнице в объемах куба и вписанного в него шара (рис. 9). Эта разница составляет примерно 47,6% при расположении шарообразных частиц ряд над рядом и 26% при расположении их в шахматном порядке.

Когда испытываются естественные каменные материалы для их последующего использования в бетоне, основное внимание уделяется возможности составления из них смеси с наименьшим объемом пустот.


Рис. 9. Объем пустот при заполнении пространства частицами одинаковых размерим не зависит от их величины и определяется только способом укладки

В смесях песка и гравия или щебня, пригодных для приготовления бетона, объем пустот составляет 25-35%. У плотного бетона этот объем должен быть заполнен цементным камнем. Если к бетону не предъявляется требование высокой плотности (например, для стен зданий применяется в настоящее время крупнопористый бетон), необходимое количество цементного камня определяется требованиями, предъявляемыми к прочности бетона. В случае армирования бетон должен иметь определенную плотность для предохранения стали от действия воздуха, с тем чтобы она не ржавела внутри железобетонной конструкции.

Подобрать такое соотношение между зернами разного размера, при котором процент пустот в смеси был бы наименьшим, - не такая простая задача, как кажется вначале. Инженеры пользуются несколькими практическими и теоретическими способами для этой цели. С ними читатель может познакомиться в специальной литературе по технологии бетона.

Существуют два основных направления в подборе зернового состава смеси. В одном случае смесь подбирается из частиц, имеющих различные размеры, - от наименьшего до наибольшего; это так называемые смеси с непрерывной гранулометрией; в другом случае смесь составляется из набора частиц, в котором отсутствуют частицы в пределах определенных размеров; это так называемые смеси с прерывистой гранулометрией.

Для бетона дорожных покрытий допускается применение щебня, полученного только из прочных пород. Изверженные породы должны иметь прочность не ниже 1000 кг/см2, а известняки не ниже 800 кг/см2.

В качестве заполнителя для бетона могут применяться различные каменные материалы из горных пород. Для этих целей пригодны и используются только прочные и устойчивые породы3.

В естественных каменных материалах содержатся примеси, ненужные и вредные для бетона. Это глина, пыль, органические вещестиа. Если содержание примесей выше пределов, допускаемых стандартами, то песок, гравий или щебень должны быть просеяны и промыты перед употреблением в дело.

Дело в том, что при твердении цемента происходит выделение значительного количества тепла, так же, например, как при гашении извести. Выделяющееся тепло очень медленно отдается в окружающую атмосферу вследствие малой теплопроводности бетона. Если приготовить из цементного теста сплошной куб на хорошем активном цементе, то при стороне куба в 2 метра через двое суток температура внутри куба поднимется до 100° (рис. 10). Поскольку горячие участки куба расширяются, между внутренними нагретыми и наружными остывающими частями куба возникнут большие температурные напряжения, и он в конце концов будет разрушен образовавшимися трещинами.

Применение в бетоне естественных каменных материалов, кроме чисто экономических преимуществ, имеет еще и технические.


Рис. 10. В чайнике, помещенном внутри куба из цементного теста со стороной 2 метра, вода закипит на третьи сутки

Каменные материалы неправильно называют «заполнителями». Они не просто заполняют объем конструкции, но и испытывают напряжения и принимают на себя значительную долю нагрузки, которой подвергается бетон. По существу, именно цементный камень заполняет пустоты «каменного скелета», а не наоборот. Поэтому на вопрос, что же является заполнителем в бетоне, трудно ответить, и название «заполнитель», хотя оно и применяется в настоящее время во многих официальных технических документах, по меньшей мере неточно по отношению к каменным материалам, а еще более старое название «инертные материалы» вовсе ошибочно.

Кроме этого, цементный камень на обычных цементах дает усадку, т. е. уменьшается в объеме при затвердевании, что также служит причиной появления трещин. Поэтому количество цементного камня в бетоне должно быть по возможности наименьшим, и создание жесткого каркаса - «каменного скелета» - из стойких, не изменяющих свой объем материалов - заполнителей бетона имеет целью уменьшить влияние этих вредных явлений.

Чем ближе свойства каменного материала к свойствам цементного камня, тем лучше их взаимное сцепление, тем выше качество бетона.

Некоторые горные породы, вступая в химические реакции с составными частями цементного камня, могут образовать соединения, способствующие разрушению бетона; так, например, происходит, когда в породе содержится опаловидный кремнезем.

В природе есть и совсем не «инертные» заполнители для бетона. Установлено, что на поверхности контакта цементного камня с каменными материалами могут образоваться соединения, создающие прочное сцепление между ними.

От вида заполнителей зависит важная характеристика бетона - его объемный вес. Задача уменьшения веса бетона имеет большое значение в жилищном и промышленном строительстве, a в гидротехническом строительстве и в устройствах для защиты от радиоактивных излучений, наоборот, требуется возможно более тяжелый бетон. Изменить объемный вес бетона можно, применяя заполнители с различным объемным весом: для легкого бетона - пемзу, туф, керамзит, пористые шлаки; для тяжелого - магнетит, тяжелый шпат и др.

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.

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.

Это соответствие достигается таким подбором состава смеси, который придает ей определенную подвижность. Скорость разжижения бетонной смеси при вибрировании называют еще удобоукладываемостью.

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.

Для определения удобоукладываемости конус устанавливают в форму образцов - кубов с размером сторон 20 сантиметров. Форму с конусом закрепляют на лабораторной виброплощадке (рис. 11). 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.

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.


Рис. 11. Определение удобоукладываемости бетонной смеси:

слева - форма с конусом, заполненным бетонной смесью, до вибрирования;
справа - форма с бетонной смесью после вибрирования

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.

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.

Схема подбора состава бетона

Рис. 12. Схема подбора состава бетона

Ha рис. 12 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. 13 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.

График зависимости марки бетона от водоцементного отношения для цементов разных марок

Рис. 13. График зависимости марки бетона от водоцементного отношения для цементов разных марок (цифры над кривыми обозначают марку цемента).

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.

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.

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. 14 показаны два вида наиболее распространенных бетономешалок. После перемешивания смесь выгружается путем наклона барабана при его грушевидной форме или через лоток, вдвигаемый внутрь барабана.

Бетономешалки различной конструкции

Рис. 14. Бетономешалки различной конструкции

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.

Обычные бетономешалки работают по такому периодическому циклу. Но существуют и бетономешалки непрерывного действия, имеющие значительно большую производительность при меньших размерах.

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.

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.

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.

Работы по дальнейшему усовершенствованию способов приготовления и укладки бетонной смеси продолжаются.

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.

Для придания вибрации бетонной смоги применяются специальные механизмы - вибраторы.

Наша промышленность выпускает различные виды вибраторов, предназначенных для укладки бетона в массивные и тонкостенные, неармированные и армированные конструкции. На рис. 15 показан внешний вид внутреннего и поверхностного вибраторов для уплотнения бетонной смеси.

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.

Внешний вид вибраторов

Рис. 15. Внешний вид вибраторов:

а-внутренний вибратор;
б - поверхностный вибратор

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.

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. 15, 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.

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. 16) не уступает по сложности выполняемых операций и эффективности работы зерновым и угольным комбайнам.

Дорожный бетоноукладчик

Рис. 16. Дорожный бетоноукладчик

Для средней полосы СССР 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.

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°.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Сравнительно суровые климатические условия почти на всей территории СССР 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.

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°.

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.

На рис. 17 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.

Способы прогрева бетона зимой

Рис. 17. Способы прогрева бетона зимой:

а - способ «термоса»;
б - паропрогрев;
в - электропрогрев

Круглогодичное производство работ, изготовление сборных изделий на заводах становятся основными приемами, характеризующими отечественную технику бетонных работ, в том числе и на дорожных стройках.

Методы производства бетонных работ зимой, ускоренные способы созревания бетона путем прогрева и пропаривания нашли в советской строительной технике самое широкое распространение.

российская наука и техника в этой области превзошла зарубежную технику.

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.

В строительстве гигантских сооружений цементному бетону принадлежит важнейшая роль, как одному из наиболее долговечных строительных материалов современности.

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.

Действительно, почему разрушаются отдельные сооружения, построенные из бетона?

В природных условиях в течение длительных периодов времени, измеряемых десятками и сотнями тысяч лет, непрерывно происходят процессы растворения одних пород и образования новых.

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.

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.

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.

Затвердевший бетон содержит известь, вещество хорошо растворимое в воде. Да и другие вещества, составляющие цементный камень, могут постепенно растворяться в воде.

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.

В дорожных сооружениях наибольшую опасность растворение представляет для мостовых опор. В дорожном покрытии растворяющему действию воды подвергается поверхностный слой.

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.

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. 18). 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.

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.

Замерзание воды

Рис. 18. 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

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.

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.

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.

Природные воды (подземные и речные) могут иметь резко различный состав в зависимости от состава горных пород, с которыми они соприкасаются на своем пути.

Кристаллизация сульфоалюмината кальция4 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. 19.

Основные виды разрушения бетона агрессивными водами

Рис. 19. 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.

СВОРНЫЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОН И БЕТОН

Большие перспективы имеет сборный железобетон с предварительно напряженной арматурой, в котором используются преимущества стили при работе на растяжение и полностью используется способность бетона работать на сжатие5.

Отдельные элементы железобетонных или бетонных конструкций могут изготавливаться на заводе, а затем на строительной площадке из них собирается сооружение. Такой метод возведения сооружений называется строительством из сборного железобетона (бетона). Использование сборного железобетона позволяет индустриализировать строительство, переведя выполнение наиболее трудоемких операций со строительной площадки на завод и оставив на стройке только монтаж конструкций. Объем строительства из сборного железобетона и бетона в последние годы быстро возрастает. Пока еще не все сооружения целесообразно возводить из сборного железобетона, да и не всегда это выгодно при больших размерах отдельных сооружений, однако несомненно, что в дорожном и мостовом строительство сборный железобетон в ближайшем будущем будет иметь преобладающее значение.

Уже теперь сборный железобетон широко используется в строительстве труб и мостов. Советские инженеры предложили оригинальные конструкции сборных большепролетных мостов, сборных опор мостоп и сборных плит для дорожных покрытий.

Распространению сборного железобетона всех видов способствует мощное развитие машиностроения, поскольку такой бетон является индустриальным материалом, требующим многочисленных механизмов для производства, транспорта и монтажа изделий.

Еще в 1913 г, в Тифлисе была построена первая дорога с бетонным покрытием.

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.

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. 20. Автомобильная дорога с цементобетонным покрытием

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.

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.

По оси дороги также устраивают шов по типу швов сжатия, - иначе возможно образование продольной трещины.

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.

От качества выполнения всех работ по устройству покрытия зависит в дальнейшем срок его службы.

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.

Строительство дорог с бетонным покрытием непрерывно возрастает, они становятся основным видом магистральных дорог.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приготовление цемента и бетона непрерывно развивается. На этой основе развивается техника строительства дорог с бетонным покрытием и мостов из железобетона. Задача каждого строителя-дорожника - изучить свойства цементов и бетонов и применять эти материалы наиболее рационально и эффективно.

Цементный бетон - замечательный строительный материал, но для того, чтобы сооружения из него были действительно долговечными и прочными, нужно хорошо знать этот особенный материал, который отличается от всех других строительных материалов тем, что его свойства, его качества формируются на строительной площадке в процессе возведения сооружения.

История
Первый ранний предшественник бетона был обнаружен на берегу Дуная на территории современной Югославии - в хижине древнего поселения каменного века находился пол из бетона толщиной до 25 см. Бетон для этого пола приготавливался на гравии и красноватой местной извести. Ориентировочный возраст находки - более 5000 лет до н.э. Но это скорее относится к исключению из правил, массовое применение извести при строительстве датируется гораздо более поздними сроками.

Цементами называют искусственные, порошкообразные вяжущие материалы, которые при взаимодействии с водой, с водными растворами солей или другими жидкостями образовывают пластичную массу, которая со временем затвердевает и превращается в прочное камневидное тело - цементный камень.

Первым природным вяжущим была глина. Глина и жирная земля после смешивания с водой и высыхания приобретали некоторую прочность. Однако в виду низких потребительских качеств данных материалов ( с использованием глины возводились постройки, не требующие значительной прочности) - люди занимались поиском более совершенных вяжущих.

Известь является древнейшим искусственным минеральным вяжущим веществом после гипса , есть сведения, что египтяне использовали смешанные известково-гипсовые растворы при строительстве пирамид. Однако гипс долгое время не терял своих позиций - вследствии меньшей энергоёмкости при производстве, в том же Египте топливо было чрезвычайно дефицитным.

В плане массового использования при строительстве, более чем за 3 тыс. лет до н. э., в Египте, Индии и Китае начали изготавливать искусственные вяжущие - такие как гипс. Это обуславливалось тем, что при обжиге строительного гипса использовалось гораздо меньше топлива (температура обжига 140-190 С), чем для производства извести.

Римляне развили строительное искусство, оставив после себя знаменитые памятники древнего мира. Римляне так же составили первые рекомендации по изготовлению и применению известковых растворов. Впервые применив вулканический пепел в качестве добавок - был изобретён предок так называемого "пуцоланнового цемента", названного по месту залежей сырья близ города Поццуолли.

Впервые широко известь стала применяться в Греции для облицовочных работ и в гидротехнических сооружениях. Но лишь в римский период началось массовое применение извести для кладочных растворов.

В 1584 г. в Москве был учрежден "Каменный приказ", который наряду с заготовкой строительного камня и выпуском кирпича ведал также изготовлением извести. В частности в Москве появились первые производители - cухих строительных смесей - назывались они цементом (или "сементом"). Активно использовались добавки - бычья кровь, творог, яичный белок, кизяк и другие вещества, что свидетельствует о высоких требованиях к качеству возводившихся сооружений.

В Киевской Руси основным связующим материалом была известь. Получали ее путем обжига известняка в специальных печах, которая позже гасилась в специальных ямах. Для приготовления строительного раствора использовалась известь разного состава - из чистого известняка получалась жирная белая известь (воздушная), а из известняка с глинистыми примесями - серая (гидравлическая, которая обладает способностью схватываться во влажной среде и использовалась при кладке). Белую известь использовали в основном при штукатурной работе. Хотя согласно некоторым исследованиям этим правилом не всегда руководствовались - вопрос рационального применения различных видов вяжущих также актуален и в современном строительстве. Заполнителем растворов являлась цемянка, т.е. мелкотолченая керамика, а также туф и пемза. Использовалась как специально обожженная и затем размолотая глина, так и недообожённый кирпич, а позже мелкотолченый кирпичный бой более крупных фракций - что давало меньшую усадку при твердении и увеличивало трещиностойкость. Однако тонкомолотая глина придавала дополнительные гидравлические свойства цемянке. Но видно уже тогда вопрос экономии и удешевления материалов и использования отходов производства ( брак кирпича ) не всегда решался в соответствии с задачей сохранения качества продукции. Использование толчённой керамики в качестве заполнителя - прием, широко применявшийся многими древними народами. К примеру, в Индии применялась известь в смеси с сурки - молотым кирпичом. Интересно, что в раннем зодчестве в строительных растворах в качестве заполнителя песок практически не использовался. В качестве вяжущего также использовался гипс, а заполнитель - дробленый алебастр.

Еще ранее Фукса были проведены исследования французским инженером Вика , работы которого начались в 1812 г. (Луи Жозеф Вика еще в 1812 г. показал, что обожженная смесь чистой углекислой извести и глины в известной пропорции по измельчении затвердевает с водой без всяких прибавок.), а в 1818 г. он высказал мнение и доказал опытом, что всякий известковистый минерал, содержащий глину в известном количестве, способен дать так называемую гидравлическую (т. е. твердеющую под водой) известь после надлежащего прокаливания. С 1837 по 1841 гг. Вика показал, что большая часть глин владеет свойством превращаться в пуццоланы вследствие обжига, т. е. затвердевать с известью под водой, почему продукт обжига глин и назвали искусственной пуццоланой (цемянкой). Вика предпринял затем исследование разных французских глин, мергелей, известняков, благодаря которому, во Франции быстро стало развиваться производство гидравлических известей и цементов, получаемых прокаливанием естественных глинистых известняков.

В 1829 г. профессор Фукс (Johann-Nepomuk Fuchs, 1774.1856) - немецкий химик и минералог показал, что всякий кремнеземистый минерал может быть годен для гидравлического цемента, если его подвергнуть обжигу. Такие породы, как граниты, гнейсы, порфиры, полевой шпат, слюда и даже простая глина, не говоря о чистом кремнеземе (горный хрусталь, халцедон), все после обжига затвердевают под водой с известью. Вопрос стоял только в доступности сырья и энергоёмкости производства.

В 1822 г. в Петербурге вышла книга Е.Г. Челиева "Трактат об искусстве приготовлять хорошие строительные растворы", а в 1825 году Челиев в книге "Полное наставление, как приготовлять дешевый и лучший мертель или цемент, весьма прочный для подводных строений" обобщил опыт улучшения свойств вяжущих материалов, накопленный при восстановлении Кремля, разрушенного во время Отечественной войны 1812 года. Егор Герасимович Челиев начинал работать в Саратове, затем стал участником восстановления Москвы после пожара в 1812 году. Именно тогда он начал проводить эксперименты с различными материалами, чтобы найти скрепляющий состав для кирпича и камня. Стремление получить ещё более совершенный вид гидравлического вяжущего привело русского строителя Челиева к важному открытию: при обжиге в горне на сухих дровах смеси извести и глины до "белого жару" (при температуре свыше 1100-1200 С) получался спекшийся продукт, обладавший в измельченном виде высокими механическими свойствами и способностью твердеть в воде. Егор Герасимович Челиев является изобретателем современного цемента.

Незадолго до Вика ,Джеймс Паркер открыл, что глинистые почвы устьев Темзы с 30-35% глины после обжигания и измельчения дают цемент, на производство которого он и взял патент, назвав свой цемент - романским. Несколько лет спустя такое же открытие было сделано французами в Булони. Во Франции они тоже получили название романских цементов, или быстротвердеющих (быстросхватывающих), но впоследствии из естественных глинистых известняков стали делать и медленно схватывающие цементы, почему за всеми цементами этого рода оставлено только название "романских", без других характеристик. Большие неудобства, зависящие от неоднородности глинистых известняков, повели к дальнейшим весьма важным открытиям в приготовлении цементов. Известняки с малым содержанием глины дают гидравлическую известь, с большим содержанием - гидравлические цементы разных характеристик, а естественные толщи мергелей даже незначительной мощности обыкновенно очень неоднородны по составу. Поэтому возникло естественное желание приготовить гидравлический цемент из смеси глины и извести. Вика показал, что это возможно, но практическое осуществление эта мысль получила в России и Англии. Интересно, что до настоящего времени для определения сроков схватывания цементного теста применяется прибор, который по имени его изобретателя называется иглой Вика.

Полученное Аспдином вяжущее не было портландцементом в современном смысле этого слова, а представляло собой разновидность романцемента, полученного при несколько повышенной температуре обжига (900-1000 С) , однако название "портландцемент" сохранилось и поныне. Гидравлическое вяжущее, описанное Е.Г. Челиевым, ближе по свойствам к современному портландцементу, а по качеству превосходило портландцемент Аспдина.

В 1824 году Джозеф Aспдин, британский каменщик, получил патент на "Усовершенствованный способ производства искусственного камня", который он создал на собственной кухне. Изобретатель нагрел смесь хорошо подробленного известняка и глины в кухонной печи, после раздробил комок смеси в порошок и получил гидравлический цемент, который затвердел при добавлении воды. Aспдин назвал полученный продукт - портландцементом, потому что при производстве он использовал камни с карьера, который находился на острове Портланд. Однако только 30 лет спустя после этого открытия английские портландцементы получили распространение, а затем и преобладание. Толчок дала Лондонская всемирная выставка 1851 г., после которой на континенте весь портландцемент назывался английским.

Д.И. Менделеев в книге "Основы химии" рассматривает ряд вопросов, связанных с химией силикатов, в частности цементов.

Дело Челиева продолжили русские ученые Р. Л. Шуляченко, А. А. Байков, В. А. Кинд, С. И. Дружинин, В. Н. Юнг, П. П. Будников, В. Ф. Журавлев и др.

После Октябрьской революции развитию цементной науки уделялось большое внимание - так как цементная промышленность является базовой в обеспечение экономической мощи страны. Была создана научная основа цементной промышленности - по всей стране были созданы организации, занимающиеся проблемами и перспективами развития производства цемента. Последние 15 лет недостаточного внимания к цементной науке привело к тому, что утеряно как минимум 75 % научного потенциала отрасли. Оставшиеся 25 % нуждаются в инвестициях со стороны производителей и поддержке со стороны государства.

-
Яндекс.Метрика