Может ли бетон быть легким и где его применяют

История изобретения бетона

Если заходит разговор о практичном строительном материале, то сразу же вспоминают бетон. Это искусственно созданный, наподобие камня материал, получение которого происходит в результате схватывания (застывания) предварительно замешанного и подвергшегося уплотнению раствора.

Бетон — материал современности

В XVIII веке во Франции происходит много замечательных событий. Одно из них – связано со строительством. «Бетон» – слово французское, там же впервые его и употребили.

Бетон — известен с давних времен

Известны разные версии появления бетона. Одна из них гласит, что однажды археологи обнаружили в небольшой хижине пол, сделанный из бетона, толщина которого составляла одну четвертую метра (25 см). Произошло это на территории бывшей Югославии, находка относилась к каменному веку (как предполагается – 5 600 год до нашей эры (до н. э.). Как выяснилось, бетонный раствор пола состоял, в том числе, из местной красноватой извести и гравия.

В Египте был найден бетон, относящийся к 950 году до н. э., в гробнице Теве и в строительстве галерей широкоизвестных египетских пирамид также был использован бетон. Этот строительный материал в Древнем Риме называли «римским бетоном». Примерно в IV веке до нашей эры его стали применять. Много утекло воды с тех давних пор, однако, римский Пантеон, построенный из него, сохранился до нашего времени, причем пережил даже несколько землетрясений.

Проводились исследования древних поселений в Риме и пришли к выводу, что два вида бетона применялись для строительства:

  1. природный;
  2. искусственный.

Природный брали из обломков горных пород, которые были связаны разными минеральными веществами (например, гипсом, известью, кальцитом). К природному можно отнести песчаник, брекчию, конгломерат.

До появления цемента в качестве связующего вещества выступала известь. Кроме нее, пользовались еще жирной землей и глиной, они в сочетании с водой становились кашеобразной массой, которая вскоре высыхала и приобретала неплохую прочность. Вот из этой кашицы вначале и строили глинобитные дома, а позднее даже стали возводить храмы.

В Испании до нашего времени сохранились формованные стены, которые выдержали не одну непогоду в течение многих лет подряд. Для их возведения применяли метод формования (по-другому: трамбования). По своему усмотрению строители брали: камень и влажный грунт либо камень и глину, которые укладывали в опалубку, выполненную из дерева.

Строительная сфера развивалась, были созданы искусственные вяжущие вещества (известь, гипс), получившиеся благодаря термической обработке сырьевой массы. Когда появился достаточно широкий ассортимент вяжущих веществ, то и применяться получаемые бетоны и растворы стали чаще в строительстве.

Не только бетонные полы, но и заливка фундаментов зданий осуществлялась с их помощью. Вырывали траншеи под фундамент, насыпали туда гальку (мелкий камень), затем заливали смесью извести с песком, глиняной массой. Это сооружение становилось прочной основой для дальнейшего строительства.

Состав материала

Таблица: состав бетона

Как выясняется, бетон популярен издавна. Специалисты строительного дела обратили внимание на отличную прочность, водонепроницаемость и удобство в укладывании бетона.

Что же входит в состав бетона? В первую очередь напрашивается ответ: цемент, песок, вода и щебень. Но не всегда так. Современный бетон отличается еще и тем, что в него, кроме вышеперечисленного, добавляют химические ингредиенты. Как раз они улучшают затвердевающие, схватывающие и компилятивные свойства, влияющие на качество.

Современный бетон состав

В XX веке добавляемые в бетон различные компоненты положительно сказываются на его свойствах. В конце века прошедшего появились бетоны, подвергавшиеся модификации, как их еще называют бетонами «последнего поколения». Здания, построенные из них, долговечны, надежны и привлекательны. Хорошо известен бетонный модификатор МБ, который представляет собой композиционный порошок, имеющий органоминеральную основу.

Состав: бетон самоуплотняющийся

Минеральная часть – микрокремнезем либо смесь с кислой золой-уноса. Органическая часть – это пластификатор либо смесь с ним, имеющая регулятор затвердевания с добавками. Важным фактором считается соотношение микрокремнезема и золы-уноса в минеральной части, благодаря этому происходит разделение модификаторов на 4 вида: Мб-01; МБ-30С, МБ-50, МБ-100С.

Бетоны относятся к искусственным каменным строительным материалам, которые состоят из инертных заполнителей (чаще всего – это песок, образующийся при выветривании горных пород твердого происхождения, представляющий собой рыхлую смесь из зерен (с диаметром от 0,15 мм до 5 мм), воды и вяжущих веществ. Эта смесь хорошенько перемешивается.

Подробнее про строительные смеси можно узнать в данной статье.

Какими бывают инертные заполнители?

Для бетона обычно применяют заполнители – кварцевые речные пески как наиболее чистые, не требующие промывки, так как содержат глину, мелкие пылевидные фракции и ил не более 5 процентов по весу. Песок со средней крупностью зерна менее 0,2 мм для бетона не применяется. Кроме величины зерна в песке, пригодном для бетона, имеет значение объем пустот, который не должен превышать 40 процентов; гравий – добывают его из рыхлых залеганий, которые образовались путем естественного разрушения осадочных или метаморфических, изверженных горных пород.

Инертные заполнители для бетона

Для бетона наиболее подходящим является гравий с щебневидными зернами; Щебень – это еще один из инертных заполнителей для бетона. Его получение основано на дроблении горных пород (это может быть гранит, диабаз, песчаник, доломит, известняк), или же кирпичных частей (лом), отвальных шлаков. Для дробления камня на щебень используют камнедробилки (в основном щековые). Размер щебня должен быть от 5 мм до 150 мм.

Чаще всего в качестве вяжущего вещества в бетоне выступает цемент, в процентном отношении он должен составлять в соответствии с весом бетона — от 10 до 15. Тогда получается, что в процентах — воды и инертных заполнителей — будет 90–85.

Заполнителем также может быть битум (асфальтобетон). Если же используют для заполнителей местные материалы, то это снижает стоимость бетона.

Мелким заполнителем выступают чаще всего речные (чистые) кварцевые пески с зернами от 0,15 мм до 5 мм, слюды в них содержаться не должно выше 0,5 процента, а различных примесей пылевидных, ила, глины – не свыше 5 процентов.

Среди крупных заполнителей получил широкое распространение щебень, который получают в результате искусственного дробления твердых, морозостойких (прочных) пород.

Для работы с массивными конструкциями берется щебень не более 150 мм, а самым популярным – 5–80 мм. Если же применяется гравий (крупным заполнителем), то он должен иметь те же самые размеры, что и щебень, обладать такой же морозостойкостью как раз в тех случаях, когда он эксплуатируется при смачивании водой, а также замораживается и оттаивает.

Чтобы было удобно работать со свежеприготовленной бетонной смесью, она должна обладать достаточной подвижностью и удобно укладываться при вибрировании. Когда бетон изготовлен, его прочность в течение одной–двух недель быстро растет.

По пределу прочности в кг/см2 при сжатии бетонного стандартного кубика, имеющего размер 20 Х 20 Х 20 см, определяют марку бетона. Кубик подвергают испытанию через четыре недели после того, как изготовят. Еще в СССР были установлены такие марки: 50; 75; 100; 150; 200; 250; 300; 400; 500. На прочность цемента действует водоцементное соотношение и активность самого цемента.

Как получают и применяют бетон

Получение его происходит благодаря обжигу до спекания искусственной массы материалов, выверенных с большой точностью, с содержанием углекислого кальция (который есть в чистом или мергелистом известняке и др.) и глины (также может быть разной: известковой, мергель и прочие) с последующим тонким помолом либо шлакопортландцемент (если сопоставить с портландцементом, то схватывание и твердение происходит медленнее в первые дни). Но нельзя поспорить с его стойкостью против действия минерализованных вод (в сопоставлении его с портландцементом), потому применение его возможно для массивных бетонных и железобетонных конструкций, гидротехнических сооружений. Может участвовать в растворах для каменной кладки, в изготовлении полов и бетонных камней.

Оборудование для получения бетона

Заданные качественные показатели бетона определяются установлением состава бетонной массы, марки цемента и качества заполнителей. Чтобы рассчитать расход цемента на один кубический метр бетона должны быть учтены требования необходимой прочности и плотности, экономичности бетона и пластичного состояния бетонной массы. Если необходимо возвести железобетонное сооружение, которое будет находиться на открытом пространстве или в воде, то расход цемента, как правило, составит 250 кг/м3, а для конструкций и приспособлений внутри помещений – не меньше 220 кг/м3.

Железобетонные сооружения требуют обычного бетона.

Стены здания и легкие перекрытия нуждаются в легком бетоне (можно использовать шлакобетон).

Теплоизоляция требует особо легких (пено- и газобетон).

Виды бетонов

Виды бетонов и разделение на классы

Взяв за основу объемный вес, бетоны подразделяются на 5 видов:

  1. особо тяжелые, имеющие объемный вес (ОВ) свыше 2 700 кг/м3, заполнители используют тяжелые – стальные опилки (стальбетон) либо тяжелый шпат;
  2. тяжелые или обычные (с ОВ – 2 100–2 600 кг/м3) с заполнителями: кварцевым песком, щебнем либо гравием, обязательно из плотных пород;
  3. облегченные (ОВ – 1 800 кг/м3– 000 кг/м3 ) с заполнителем также облегченного типа, к примеру, кирпичным щебнем;
  4. легкие (с ОВ – от 1 000 кг/м3 до 1 800 кг/м3) с заполнителями более легкими (керамзит, туф, шлак, пемза);
  5. особо легкие (ОВ — от 400 кг/м3 до 1 000 кг/м3), зачастую к ним относят ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), не содержащие или содержащие совсем немного твердых заполнителей.

Самыми популярными считаются тяжелые бетоны. В качестве вяжущего вещества наиболее пригоден портландцемент (силикатцемент).

Первыми в использовании бетона, как уже известно, стали египтяне, за ними – римляне и греки. Пантеон и Колизей – яркое тому доказательство. Каменщик из Англии Джозеф Аспдин запатентовал в 1824 году странное серое вещество и дал ему название «портландцемент». Что-то похожее изобрел в Москве в первой четверти 20 века Е. Челиев. Вскоре Россия узнала о цементе Аспдина. Это произошло в 1847 году, с которого и взяла старт эра бетона. Вот так бывает!

Еще по теме:

  • Производство бетонного кирпича

Понравился пост? Поделись с друзьями и оцени публикацию. Тебе не трудно, а автору приятно. Спасибо.

(

Голосов, в среднем:

из5)

Подписывайся на наши новости Вконтакте!

Что такое гибкий бетон и почему ему не нужна арматура?

    Каждый, кто хоть раз имел дело с бетоном, знает, что этот материал почти не выдерживает нагрузок на изгиб. Чтобы избежать появления трещин, а значит, разрушения, нужно заложить в него арматуру. Или же. придать эластичность. Существуют технологии, способные сделать бетон гибким. О них и пойдет речь в этой статье

    Казалось бы, зачем вообще отказываться от арматуры? Металлический каркас упрочняет бетон настолько, чтобы он служил многие десятилетия. Но у этой технологии есть недостатки. Прежде всего, это увеличение веса монолита, которое заметно усложняет строительство. Фундамент, который через стены принимает нагрузку от тяжелой плиты перекрытия, нужно усиливать, что, как говорится, «влетает в копеечку». Да и сами метизы обходятся недешево.

    Кроме того, даже самая качественная стальная арматура со временем ржавеет, разрушая бетон изнутри. И наконец, закладка каркаса — довольно трудоемкий процесс, которые отнимает время, силы и деньги.

    Строители давно уже смирились с этими неудобствами и принимают их как должное, но новаторы смотрят на мир иначе. Если арматура создает проблемы и тормозит рабочие процессы, ее нужно убрать.

    Испытания гибкого бетона

    Именно так подумали ученые из школы экологической инженерии NTU’s School of Civil and Environmental Engineering (Сингапур). Пройдя долгий путь проб и ошибок, они разработали уникальную добавку, которая не только упрочняет бетон, но и делает его гибким.

    Речь идет об особом ультратонком волокне, которое замешивают в раствор. Но это не обычная фибра, используемая в ячеистых бетонах. Тончайшие шелковистые нити не схватываются с цементом, а скользят в теле монолита. Именно это придает ему эластичность и позволяет отказаться от использования арматуры.

    При прочих равных гибкий бетон, армированный ультратонким волокном, почти в три раза прочнее обычного

    Структура гибкого бетона ConFlexPave

    Новому бетону дали название ConFlexPave. Помимо армирующего волокна в его состав добавили присадку, которая делает поверхность плиты шероховатой. Антискользящие свойства крайне важны, так как изначально материал предназначался для дорожных покрытий. Позже его стали использовать при строительстве сейсмоустойчивых домов, а также автомобильных мостов. Это ли не доказательство высокой прочности? Сегодня гибкий бетон довольно активно используется в Японии и США. Можно не сомневаться, что за ним — большое будущее.

    Впрочем, справедливости ради стоит заметить, что гибкий бетон не безупречен. Основной его недостаток — высокая цена. Модифицированный состав стоит в три раза дороже обычного. Это тормозит его распространение, но есть основания полагать, что со временем разработчики найдут способ удешевить технологию.

    Разумеется, исследования по созданию гибкого бетона ведутся и в России. Уже довольно давно существуют заслуживающие внимания продукты. Например, добавка «Эластобетон», сертифицированная ГОСТ ISO 9001-2011. Она служит не только для придания материалу эластичности, но также для увеличения прочности, морозостойкости и износостойкости.

    Кроме того, ее использование позволяет сократить толщину бетонной стяжки, сэкономив на количестве смеси, и ускорить ее затвердевание.

    Добавка «Эластобетон» позволяет заливать бетон при температуре до −5°С, не опасаясь потери прочности из-за замерзания смеси

    Модификатор активно используют при изготовлении бетонных полов, подверженных большим нагрузкам. В основном на промышленных объектах, таких, как склады, гаражи и производственные цеха.

    Добавки «Эластобетон А» и «Эластобетон Б»

    Существует три разновидности добавок, повышающих эластичность и прочность бетона. «Эластобетон-A» служит для создания бетонных стяжек толщиной от 40 мм. Он позволяет сократить срок затвердевания бетона до 7 суток. То есть уже спустя неделю после заливки смеси пол можно подвергать нагрузкам. «Эластобетон-B» предназначен для создания упрочненных стяжек толщиной от 15 мм. Такой пол можно ввести в эксплуатацию уже через 5 дней. И наконец, «Эластобетон-C» — стяжка толщиной от 8 мм и 5-6 дней соответственно.

    Завершая тему гибкого бетона, расскажем о еще одной интересной разработке. Оказывается, материалу можно не только придать эластичность, но и научить его реставрировать себя самостоятельно. Существует так называемый самовосстанавливающийся эластичный бетон

    , созданный учеными из Нидерландов (Хенк Йонкерс и Эрик Шланген). В его состав помимо цемента, песка и модифицирующих добавок входят гранулы биоразлагающегося пластика с лактатом кальция и спорами бактерий, которые им питаются. Микроорганизмы, законсервированные в теле плиты, находятся в спящем состоянии, пока монолит цел. Но стоит появиться трещинам, влага пробуждает бактерии, и они начинают питаться пластиком. А результатом их жизнедеятельности является кальцит (известняк) заполняющий повреждения.

    Эта перспективная разработка пока еще не получила широкого применения из-за высокой себестоимости, но, как и в случае с простым гибким бетоном, со временем она станет более доступной.

    Сравнение обычного и самовосстанавливающегося бетонов

    Кроме того, даже самая качественная стальная арматура со временем ржавеет, разрушая бетон изнутри. И наконец, закладка каркаса — довольно трудоемкий процесс, которые отнимает время, силы и деньги.

    Полимерные заплатки

    Южнокорейские специалисты из университета Юнсэй предлагают использовать специальное покрытие для бетона, состоящее из полимерных капсул.

    «Работает» оно так:

    • Бетонная поверхность обрабатывается покрытием, содержащим микрокапсулы, заполненные особым полимерным веществом (а);
    • При появлении трещин капсулы на их месте раскрываются, а жидкие полимеры их заполняют (б);
    • Под действием ультрафиолетовых солнечных лучей вещество затвердевает и восстанавливает прочность бетона (в).

    Автором и ведущим разработчиком этого исследования стал Чань-Мун Чун, профессор химии полимеров. Именно он вместо того, чтобы искать укрепляющие бетон добавки, решил научить его восстанавливаться без участия человека.

    Вариации на тему бетона – ученые совершенствуют привычную ЦПС

    У бетона хоть и не столь долгая история, как у кирпича и древесины, но без него сегодня не обходится ни одна стройка – фундамент, перекрытия, дорожки и многое другое. И если для большинства из нас бетон – это смесь цемента, песка, щебня и воды в определенных пропорциях, то для ученых – плацдарм для опытов. Что интересно, результаты многих опытов реально применять на практике, а не только в лабораториях. В нашей подборке собраны как раз такие, усовершенствованные бетоны с необычными характеристиками.

    Гибкий бетон

    В сингапурском научно-исследовательском центре при Наньянском технологическом университете группа ученых во главе с профессором Чу Цзянем разработала принципиально новый вид бетона – гибкий (ConFlexPave).

    Обычный бетон отличается повышенной прочностью, особенно когда речь о ЖБИ, усиленных арматурой. Однако от хрупкости его не избавляет даже армирование, и изгиб вызывает растрескивание и постепенное разрушение. Кроме того, железобетон тяжелый, что создает определенные сложности в процессе укладки плит.

    Гибкий бетон, разработанный сингапурцами, прочнее и устойчивее к износу, и способен значительно прогибаться, за счет особого состава.

    К стандартному песку, щебню и цементу добавлены полимерные микроволокна – эти тончайшие синтетические нити равномерно распределяют нагрузку и позволяют изготавливать тонкие и облегченные дорожные плиты. При этом по прочности полученный бетон можно сравнить с металлом. Будучи гибким, он практически не подвержен истиранию. Это особенно актуально на трассах или пешеходных дорожках в зонах повышенной проходимости. Гибкие плиты прошли испытания на стенде, в ходе которых была доказана повышенная гибкость материала и его устойчивость к прямому физическому воздействию.

    Немаловажно, что использование гибкого бетона значительно упростит жизнь дорожным службам – сократится трудоемкость процесса укладки, частичная замена полотна не будет требовать остановки движения. Тест-драйв новинка проходит прямо на территории университетского комплекса – там громадная пешеходная нагрузка, да и дорожный трафик впечатляющий. В дальнейшем ученые планируют подбирать состав плит, исходя из конкретных условий эксплуатации, еще на этапе производства добиваясь оптимальных характеристик.

    Бетон с подсветкой

    А мексиканца доктора Хосе Карлоса Рубио, из университета Мичоакана, больше заинтересовали свойства цемента, как важнейшего компонента бетона. Он разработал принципиально новое вяжущее, со сроком службы около века, да еще со светоизлучающей способностью. За десятилетие исследований он сумел изменить микроструктуру цемента, введя в него флуоресцентные добавки. На таком цементе получается не только более однородный раствор, без характерных «хлопьев». Эти кристаллические структуры, образующиеся на поверхности, ухудшают характеристики бетона и способствуют ускоренному разрушению верхнего слоя. Чтобы предотвратить кристаллизацию, Рубио и ввел в цемент добавку, а заодно получил бонусную декоративную подсветку.

    В течение дня такой бетон накапливает солнечную энергию, а с наступлением темноты начинает отдавать ее, создавая потрясающие световые эффекты.

    В отличие от пластика, из которого изготавливается большая часть флуоресцентных материалов, со сроком службы в несколько лет, бетонная подсветка устойчива к УФ лучам и прослужит век.

    Новый цемент может применяться как самостоятельно, так и в смесях с другими материалами, для строительства различных объектов и дорожных покрытий. В плане экологичности светящийся цемент выигрывает у обычного – в его составе, в основном, мел и глина, а «отдача» при его производстве – в виде водяного пара. Цветовая гамма материала на данный момент представлена синим и зеленым цветом, а яркость подсветки можно регулировать, чтобы дорожки не слепили пешеходов и велосипедистов. В планах исследователя – попробовать соединить светящиеся частицы с другими строительными основами и получить новые стройматериалы, с эффектом подсветки.

    Бетон из отходов

    Утилизация осадков после очистки стоков давно превратилась в глобальную проблему для многих стран, которую усугубляют строгие экологические нормативы. Самый дешевый вариант – захоронение отходов – нелегален, так как в осадке большое количество химических веществ, способных ухудшить показатели почв. Очистным предприятиям Малайзии решить проблему помогли ученые, решившие, что пропадать такому количеству полезных веществ, в которых остро нуждаются другие отрасли, глупо.

    Исследователи из национального технологического университета MARA научились добавлять порошок, получаемый из осадка, вместо части цемента, при производстве бетона.

    Процесс получения заготовок простейший: осадок формуют в виде лепешек, которые просушивают и, для окончательного удаления жидкости, обжигают. Сухие заготовки тщательно измельчают и просеивают, получая однородный порошок, который в дальнейшем добавляют в бетонную смесь. Пропорции варьируются, исходя из желаемой марки бетона – максимальная доля порошка в цементе составляет 15 %, реально получить как бетон средней прочности, так и высоких классов. Ученые считают, что замена части цемента порошком из сточных осадков (DSWP – domestic waste sludge powder) повышает прочность бетона и снижает его проницаемость и засоленность. Разработка признана перспективной, так как с учетом потребностей строительной отрасли в цементе, даже незначительная доля стороннего вещества, да еще продукта переработки отходов, и экономически, и экологически выгодна.

    Блоки из костробетона

    Естественно, не осталась в стороне и Америка – на базе Массачусетского технологического института была организована краудсорсинговая платформа (ресурс для привлечения свежих идей и широкого круга исполнителей). Там и появился интересный с практической точки зрения проект Чада Нутсена. Частный дизайнер разработал строительные блоки из костробетона, производимые методом 3D-печати.

    Основу блока составляет конопляная пенька (костра), в качестве минерального наполнителя – песок, вяжущее – портландцемент. Используя органику в качестве основного компонента, позволяющего значительно сократить долю вяжущего, реально уменьшить выбросы в атмосферу углекислого газа. Что касается технических характеристик, блоки получаются прочными, с высоким коэффициентом шумопоглощения и низким коэффициентом теплопроводности, да еще и с антисептическими свойствами (устойчивы к плесени и гнили).

    Если бы речь шла только о сырьевой составляющей блока, ничего принципиально нового дизайнер не изобрел: и соломенный саман известен несколько веков, и от более современного арболита на древесной щепе костробетон недалеко ушел.

    Однако фишка еще и в способе производства, и внутреннем строении – блок не монолитный, конопляно-цементная смесь при застывании образует ячеистую, напоминающую костную, структуру.

    За счет этого блок получается легким, но максимально прочным, и в процессе печати реально заложить полости под все инженерные сети (электропроводка, коммуникации). Форма блоков также произвольная – они могут быть изготовлены как типовыми брусками, так и фигурными.

    Применяемая Нутсеном ультразвуковая кавитация позволяет использовать в качестве основы не только конопляную костру, но и любой органический композит, так как сырье в процессе переработки максимально измельчается. Чтобы доказать, что костробетон действительно не уступает более привычным материалам в прочности, превосходя многие из них в плане экологичности, разработчик с единомышленниками планирует использовать их для строительства большого дома. Учитывая, что уже упомянутый арболит с успехом используется в частном домостроении, вряд ли блоки на базе костры потерпят фиаско. В любом случае, чем больше будет экологически чистых материалов, тем лучше для всех нас.

    Инновации затрагивают все сферы нашей жизни – можно вырастить шезлонг, а вместо громоздкого дивана установить в маленькой квартире универсальный модуль. Вместо люстры и бра уже используют светящиеся обои, а в качестве дачи – картонный дом. И посмотрите видео о стеклянном доме, тоже не самом типовом, но от этого не менее привлекательном строении.

    Самовосстанавливающийся бетон

    Хенк Джонкерс (Henk Jonkers) из нидерландского Делфтского технического университета создал биобетон – продукт, который может восстановить свои трещины и разломы. Джонкерс говорит, что изначально начал работу над биобетоном, когда он работал с технологом, который искал возможность улучшить безопасность бетона с помощью биологического решения. Этот производственный момент оказался правильно и в нужное время заданным вопросом. Бетон с возрастом твердеет, но в нем также появляются трещины.

    По словам Джонкерса, микробиолога, трещины, которые образуются в бетоне, не просто неприглядны, они могут в конечном итоге привести к повреждению конструкции.

    «Причина такой проблемы, как трещины в бетоне, это протечки», говорит Джонкерс. «Если в бетоне есть трещины, вода попадает в них и оказывается в вашем подвале или в гараже. Во-вторых, если эта вода просочится к стальной арматуре – в бетонной конструкции всегда есть стальные арматурные стержни – и если они подвержены коррозии, структура разрушается».

    Джонкерсу и его команде потребовалось три года, чтобы произвести этот самовосстанавливающийся прототип, который должен преодолеть наиболее очевидное препятствие: поиск бактерий, которые могут выжить в суровых условиях бетона.

    «Этот материал очень сухой, как камень или скала», говорит микробиолог. Для решения проблемы с сухостью, команда использовала палочковидную бактерию по причине ее выносливости и долголетия. Бактерии и их источник питания – лактат кальция – упакованы в крошечные капсулы, которые растворяются, когда вода попадает в трещины бетона. После освобождения, бактерии потребляют лактат кальция, в результате чего происходит химическая реакция, которая создает известняк, который затем заполняет пробелы.

    Спасательная станция на озере в Нидерландах был использована в качестве места для первого применения биобетона. Тест на прототипе оказался положительным.

    «Это объединение природы со строительным материалом», сказал Джонкерс. «Природа, предоставляет нам много функциональных возможностей в свободном доступе, в этом случае – известняк, производящий бактерии. Если мы можем использовать его в материалах, мы действительно можем извлечь из этого пользу, так что я думаю, что это хороший пример соединения природы и строительного материала вместе в одной новой концепции».

    Биобетон готовится и смешивается как обычный бетон, но с дополнительным ингредиентом – «исцеляющим агентом». Он остается неизменным во время смешивания, но растворяется и становятся активными, если вода попадает в трещины в бетоне.

    Бетон является средой с высокой щелочностью и «исцеляющие» бактерии должны ждать в покое в течение многих лет, прежде чем активируются водой. Джонкерс выбрал палочковидные бактерии, потому что они процветают в щелочной среде и производят споры, которые могут выжить в течение многих десятилетий без еды и кислорода. «Следующей задачей было не только получить активные бактерии в бетоне, но и заставить их производить ремонтный материал для бетона – это известняк» объясняет Джнкерс.

    Для того, чтобы производить известняк, бактериям нужен источник питания. Сначала рассматривали такой вариант как сахар, но с добавлением сахара в смесь получается мягкий, слабый, бетон. В конце концов, Джонкерс выбрал лактат кальция, поместив бактерии и лактат кальция в капсулы, изготовленные из биоразлагаемого пластика, и добавив капсулы во влажную бетонную смесь.

    Когда трещины, в конечном итоге, начинают образовываться в бетоне, в них попадает вода и открывает капсулы. Затем бактерии прорастают, множатся и питаются лактататом кальция, и при этом они соединяют вместе кальций с карбонат-ионами, образовывая кальцит или известняк, который закрывает трещины.

    Ученый надеется, что его биобетон может быть началом новой эры биологических зданий. Если это так, влияние на архитектурные и инженерные методики может быть очень значительным.

    Гибкий бетон

    В 2021 году ученые из сингапурского университета в Наньяне представили свой вариант гибкого бетона.

    Для получения гибкости в него добавляется специальное ультратонкое волокно, которое равномерно воспринимает нагрузки, распределяя их по всей площади бетона. Подобные волокна не бетонируются «намертво». Они как бы проскальзывают под давлением относительно друг друга.

    Основное преимущество гибкого бетона заключается в том, что даже после деформаций он возвращается в предыдущее состояние.

    Вообще гибкие бетоны впервые были изобретены около 10 лет назад и выходили под общим названием Engineered Cementitious Composites (ECC). Сингапурские исследователи улучшили версию ECC и назвали ее ConFlexPave.

    На данный момент ConFlexPave используют при дорожных работах. Дороги с гибким бетоном выдерживают деформации и в то же время не размываются во время смен сезонов.

    Композитные составы – заменители бетона

    «FAST 2k» (Канада)

    «FAST 2k» — это композитный строительный материал, производимый канадской . Его специфическое предназначение — быстрая и качественная установка опорных столбов для ограждений, а также других вертикальных столбчатых конструкций.

    Цены на заменитель бетона

    заменитель бетона

    «FAST2k» поступает в продажу в пакетах 1,1 кг, что с лихвой заменит два мешка обычного цемента

    Кроме того, материал может быть применен для обустройства столбчатых фундаментов легких построек, таких как беседки, веранды, террасы, сооружения сельскохозяйственного назначения.

    Заменитель бетона «FAST 2k» — это двухкомпонентная полиуретановая гидрофобная смесь. Ее компоненты вступают между собой в реакцию при смешивании. Материал является отличной альтернативой цементно-песчаному раствору, но, в отличие от него, время первичного затвердевания «FAST 2k» происходит в течение каких-то пяти минут.

    Процесс смешивания и использования заменителя бетона «FAST 2k»

    Один пакет заменителя весом 1,1 кг заменит по объему 50 кг бетонного раствора. Кроме того, изготовление заменителя бетона не займет много времени.

    • Упаковка «FAST 2k» состоит из пакета, герметично разделенного специальной планкой. В разных отделах такой упаковки находится два компонента, до поры не контактирующих между собой.
    • К каждой упаковке прилагаются защитные перчатки, в которых рекомендуется производить работы.
    • Перед применением разделяющая планка с пакета снимается, жидкости внутри упаковки смешиваются в течение 30 секунд. Для этого необходимо перевернуть пакет несколько раз.
    • После перемешивания содержимого, от упаковки срезается ее угол, и масса выливается в отверстие, в которое установлен, выровнен по уровню и временно зафиксирован в нужном положении столб.
    • Вылитая смесь начинает активно расширяться, заполняя собой все возможное пустое пространство.
    • В течение пяти минут масса отвердевает на 50%, спустя 15÷20 минут она становится твердой, а через два часа набирает, если в говорить в терминах, принятых у бетонщиков, «марочную прочность», то есть достигает полного «созревания».
    • Когда прочность достигнет максимума, можно смело переходить к монтажу на столбы элементов ограждения, навешивать ворота, устанавливать обвязку на столбчатый фундамент и т.п.

    Такой заменитель бетона поступает в продажу в двух различных расфасовках:

    1. Большой пакет весом 1,1 кг — в результате приготовления смеси из этого объема получается 20 литров застывшего композита.
    2. Малая упаковка с общим объемом всего 0,5 литра — из нее образуется 9 литров материала.

    Преимуществами «FAST 2k», если его сравнивать с обычным бетонным раствором, являются следующие моменты:

    — Работникам предоставляется возможность изготовления нужного количества материала без специального оборудования (бетономешалки), без транспортировки многочисленных мешков с песком, щебнем и цементом.

    — Для изготовления заменителя бетона не требуется вода, а это значит, что работы можно производить на участке еще до подведения инженерных коммуникаций. И с собой запас технической воды не возить.

    — Привлекает продуманность компактной и удобной упаковки, позволяющей производить смешивание компонентов без переливания двух составляющих в отдельную тару.

    — В отличие от обычного бетона, «FAST 2k» можно применять при температуре, доходящей до -25 градусов. Для этого, правда, перед началом работ упаковки с составом следует выдержать в теплом помещении с температурой не менее + 22÷24 градусов в течение двух-трех часов.

    Весь необходимый материал для укрепления целого ряда столбов может уместиться в одной-двух коробках

    — При использовании заменителя бетона, под столбы не придется рыть большой по диаметру котлован.

    Так, одной упаковки в 1,1 л будет достаточно, чтобы укрепить в обустроенном котловане диаметром 200 мм и глубиной 900 мм одну стойку диаметром 100 мм (сечением 100×100 мм), или же два рядом размещенных столба диаметром 100×100 мм в лунке 150×900 мм.

    — В отличие от бетонного раствора, для которого необходимо определять пропорции составляющих, в упаковке «FAST 2k» компоненты точно дозированы производителем.

    — При работе с заменителем бетона вокруг укрепляемого объекта не будет грязи.

    — Установку столбов для забора или беседки можно легко произвести за один день. Причем – это срок полной готовности, дающей возможность переходить к любым последующим операциям.

    — Для хранения компактных упаковок не потребуется складского сухого помещения, которое обязательно для цемента.

    — Состав используется без отходов, так как нет потерь из-за случайно порванных мешков с цементом, а также отвердевших остатков в таре для замешивания раствора.

    — Всеми отмечается отменная адгезия пены с любым основанием и материалом столбов и стен котлована.

    На этой иллюстрации показано, как плотная пена заполняет все пустоты и обходит все выступы, имеющиеся на стенках котлована.

    — Расширяющийся состав равномерно заполняет все пространство. Внутри массы не создается воздушных пустот. И это без трамбовки или вибрационного воздействия!

    — Важное достоинство – гидрофобность материала. Он не пропускает влагу, тем самым защищая часть столба, находящихся ниже поверхности грунта, от гниения. Поэтому стойки не придется обрабатывать влагостойким составом, что необходимо делать при применении бетона.

    Цены на заменитель бетона FAST2k

    заменитель бетона FAST2k

    Выступивший выше поверхности грунта материал до полного набора прочности довольно легко может быть срезан с помощью острого ножа.

    — Состав можно доливать в процессе работы, а при возникновении излишков, то есть если расширившийся композит поднимется выше уровня грунта, его несложно удалить путем срезания.

    Подсчитано, что применение заменителя бетона экономит время на монтаже на 70%, сокращает трудозатраты на транспортировку на 85% и на рытье котлованов — на 40%. А на изготовление состава на все 100%!

    Согласитесь, это очень здорово!

    Отечественные материалы — заменители бетона

    Подобные композитные материалы, выпускаемые российскими компаниями, имеют очень схожие между собой характеристики, форму выпуска, технологию применения. Поэтому их вполне можно рассмотреть в одном разделе.

    В отличие от канадского заменителя бетона, российские двухкомпонентные составы поступает в продажу в двух флаконах или канистрах, в зависимости от необходимого объема материала. Смешивание двух компонентов производится с помощью миксера в отдельном резервуаре или просто ручным встряхиванием после заливки в одну емкость.

    Смешивание двух компонентов заменителя бетона в специальном мерном сосуде.

    Российскими компаниями производятся такие композитные составы, как «HILST», «GPN-100» и «Бетонит». Прежде чем перейти к общим характеристикам этих материалов, несколько слов необходимо сказать о каждом из них.

    • «HILST», как и все другие его аналоги появился на рынке совсем недавно, но уже завоевал популярность и многочисленные положительные отзывы потребителей. Состав применяется для укрепления в грунте вертикальных опор, а также для горизонтальных оснований для не слишком тяжелых построек или же при прокладке трубопроводов.

    Покупателям предлагается три варианта «HILST». По своему составу они идентичные – разница лишь в фасовке и, соответственно, масштабе планируемых работ.

    — «HILST Standart» — идеальное решение для установки столбов. В комплекте – два флакона по 500 мл каждого компонента. Объём одной из емкостей сделан больше – в этом флаконе, как правило, и производится смешиванием ингредиентов (Такой же подход, кстати, используется и у других производителей – один из флаконов всегда больше по размерам, чтобы в него можно было добавить второй компонент).

    Смешивание двух компонентов заменителя бетона в специальном мерном сосуде.

    — «HILST Professional» — это комплект из двух канистр по пять литров каждого компонента. Замешивание производится в какой-то отдельной таре. Предполагается одновременная работа нескольких бригад, например, при установке длинного забора или свайного поля.

    Компоненты используются одни и те же – разница лишь в объемах. Слева – две канисты комплекта «HILST Professional», справа – два ведра «HILST Expert».

    — «HILST Expert» — комплект для решения сложных задач, например, установки столбов линии электропередач или иных сильно нагружаемых опор, укрепления фундаментов и т.п. Представляет собой два вместительных герметично закупоренных ведра по 20 литров каждого компонента.

    Видео: Пример установки столба с использованием заменителя бетона — комплекта «HILST Standart»

    • «GPN-100» и «Бетонит-1» имеют одинаковые характеристики и различаются лишь своим названием, так как изготавливаются разными производителями. Оба материала применяются для укрепления вертикальных опорных конструкций.

    Еще два варианта российского заменителя бетона: «Бетонит-1» и «GPN-100» . В двух флаконах находятся составляющие, из которых изготавливается рабочий состав. Их общий объем составляет 1 литр
    Как говорилось выше, характеристики отечественных продуктов практически идентичны, но несколько отличаются от канадского материала. Однако, работают составы все по одному и тому же принципу.

    Заливка столба заменителем бетона

    Итак, из характеристик российских составов может выделить:

    • Для изготовления заменителя бетона не требуется наличия воды.
    • При застывании материал приобретает высокую прочность, что позволяет надежно фиксировать опоры в вертикальном положении.
    • После заливки в котлован приготовленной смеси ее трамбовка не требуется, так как внутри массы не образуются воздушных пузырей.
    • Маленький расход состава. Благодаря увеличению в объеме, масса заполняет все впадины, образовавшиеся внутри котлована при его обустройстве. Один литр полимерной двухкомпонентной смеси по объему примерно равен 40 кг бетонного раствора.
    • Быстрое застывание замешанной и залитой в котлован массы: период первоначального схватывания составляет три минуты, а через три часа материал набирает 100% прочность. Здесь необходимо учитывать, что обычный бетон набирает прочность только через 28-30 дней.
    • Для использования заменителя бетона не требуется обустройства опалубки.
    • Замешивание и заливку любого из выше названных материалов вполне допустимо произвести самостоятельно даже при отсутствии строительного опыта.
    • Гидрофобность состава является немаловажным фактором для защиты устанавливаемых опор от влаги, так как именно она является виновником повреждения как металлических, так и деревянных столбов. Важны и его диэлектрические качества – это тоже плюс для сохранности от коррозии.
    • Высокий уровень адгезии. Образованная пена отлично сцепляется не только с деревом и металлом, но и с грунтом котлована.
    • Заменитель бетона является экологически чистым продуктом.
    • При выборе заменителя бетона для укрепления столбов или основания фундаментов, работы могут быть произведены при температуре до минус 25 градусов.

    Замешенная смесь может иметь светлый или темный цвет
    При использовании одного из отечественных составов следует учитывать следующие моменты:

    • Чтобы продукт после изготовления обладал всеми названными выше качествами, смешивание двух компонентов рекомендуется производить при температуре + 15÷28 градусов.
    • Если температура окружающей среды будет превышать 20 градусов, то скорость прохождения реакции между двумя компонентами увеличится, а при отрицательных значениях — замедляется.
    • Если смешивание двух компонентов будет проводиться при температуре воздуха в 20 и более градусов, и его планируется осуществлять вручную, то этот процесс следует производить не менее 20÷30 секунд.

    Цены на заменитель бетона «Бетонит-1»

    заменитель бетона Бетонит-1

    Наверное, интересно взглянуть, есть ли существенная разница в физико-технических и эксплуатационных характеристиках разных составов такого принципа действия. Можно воспользоваться следующей таблицей, в которой сведены основные показатели.

    Бетонный раствор становится основой для строительства большинства объектов и сооружений. Даже в кирпичном и деревянном доме без него не обходится: бетон идет на заливку фундамента, стяжки, подвала.

    Существуют и специальные, декоративные виды материала, которые несут не только функциональную, но и эстетическую роль. Например, мытый бетон — интересная технология, позволяющая с помощью привычного сырья изготовить уникальные и очень красивые изделия.

    Лестница из бетона с обнаженным наполнителем

    Описание технологии

    Производство мытого бетона было налажено еще во времена СССР — из него делали плиты для строительства панельных домов. Внешний вид таких плиток отличался особой фактурностью за счет выступания фракционного наполнителя на поверхности. Позже промывной бетон несколько утратил популярность, а сейчас методика вновь начинает широко использоваться строителями.

    Суть технологии сводится к созданию особых условий для застывания раствора, когда вызревание смеси происходит неравномерно. Внутри материал набирает прочность в обычном режиме, зато на поверхности процесс протекает медленно. Добиться такого эффекта можно посредством применения специального гелеобразного вещества, которое называется замедлитель схватывания. Гель вступает в химическую реакцию с цементом, в итоге задается определенная толщина незастывающей бетонной смеси. После этого вязкую массу смывают струей воды, которая обнажает зерна наполнителя.

    Вымывание бетона струей воды

    Верхний декоративный слой крепко держится на основе и не отделяется, так как наполнитель равномерно распределен по всей толще бетона и выступает только частично, примерно на 40%. Изделия формируют в опалубке, которую убирают после полного застывания бетона. В результате создается каменная шероховатая поверхность, которая имеет противоскользящие свойства. В качестве наполнителя могут выступать:

    • галька,
    • мрамор,
    • гранит.

    Гранитная крошка для изготовления мытого бетона

    Мытый бетон обладает множеством достоинств. Он является сверхпрочным, не подвержен износу, имеет очень большой срок службы. Материал не боится погодных катаклизмов, легко переносит осадки, мороз, жару, не портится даже от действия химических веществ.

    Область применения

    Чаще всего из такого бетона создают садовые дорожки и тротуары, элементы фасадов зданий, подпорные стенки, цветочницы, садовые скамейки, мусорные урны. С помощью материала можно сделать забор, колонну, лестницы и перила, разные декоративные элементы. Мытым бетоном отделывают парковочные площадки, широко применяют его в ландшафтном и парковом дизайне.

    Малые архитектурные формы для ландшафтного дизайна

    Способ получения мытого бетона

    Производство данного материала мало отличается от выпуска обычного бетона, хотя и имеет свои особенности. Основой становится смесь цемента и песка с добавлением наполнителя, которая соединяется с нужным количеством воды. Конкретный внешний вид изделия будет зависеть от следующих показателей:

    • высота выхода наполнителя на поверхность,
    • размер фракции наполнителя,
    • цветовая гамма камешков.

    Плиты изготовленные по технологии techVAZON

    Основным отличием технологии мытого бетона от традиционной является применение замедлителя отверждения, или деактиватора. Его наносят на изделие с определенной стороны (обычно с внешней). Если требуется изготовить предмет со сложным рисунком, деактиватором обрабатывают внутреннюю часть формы, а потом заливают в нее бетонный раствор.

    Оборудование и материалы

    Для работы потребуются следующие расходные материалы:

    1. Портландцемент М400. Вещество на основе силиката кальция является пластичным, прочным, к тому же недорогим.
    2. Наполнитель. Чаще всего применяют дешевую гальку или щебень с фракцией 5–20 мм. Более дорогими и оригинальными на вид наполнителями могут выступать доломит, чугунная дробь, гранит, мрамор, стеклянные шарики.
    3. Песок. Подбирается нужного оттенка и фракции, любого качества.
    4. Вода. Подходит обычная холодная, чистая, без дополнительных примесей.
    5. Замедлитель схватывания бетона. Чаще всего применяются «Аддимент В3 2», «Сементол Ретард», «Перамин Р», РСБ–500. В крайнем случае можно использовать сахарную патоку или молочную сыворотку.

    Лак для замедления схватывания бетона

    Также для изготовления мытого бетона своими руками нужно подготовить некоторое оборудование:

    • емкость для замешивания раствора,
    • приспособление для разбрызгивания замедлителя,
    • пистолет-распылитель для насоса,
    • водяной насос,
    • бетономешалку (для малых объемов можно месить бетон вручную),
    • форму для заливки из пластика, металла,
    • мастерок для выравнивания поверхности.

    Более долговечный продукт можно изготовить с применением вибростола. Это приспособление уменьшит количество пустот в смеси, изгнав лишний воздух и воду.

    Изготовление бетонной плитки на вибростоле

    Производство мытого бетона

    В домашних условиях сделать материал несложно, надо лишь точно придерживаться отработанной годами технологии.

    Приготовление рабочего раствора

    Для начала нужно отмерить определенное количество всех составляющих бетонной смеси: 1 часть цемента, 1–3 части наполнителя, 1,5 части чистого песка. После объединения сухих составляющих в массу добавляют воду до обретения сметанообразной консистенции. Для небольших элементов особенно важно следить, чтобы раствор не вышел слишком густым, а для крупных площадок, напротив, лучше готовить более плотную смесь.

    Приготовление цементного раствора с наполнителем

    Укладка бетона в опалубку

    После замешивания раствора на дно формы распыляют замедлитель отверждения бетона. Потом сразу вливают раствор и выравнивают его поверхность мастерком, если это нужно. Когда в наличии есть вибростол, используют его для уплотнения массы. Для получения интересных цветовых эффектов можно заливать разные порции бетона, предварительно окрашенные сухими или жидкими пигментами.

    Процесс расформовки

    Доставать готовое изделие можно только при достаточном высыхании бетона. Обычно этот срок наступает через 20 часов для небольших объектов, через 40–48 часов для крупных изделий. Несоблюдение времени сушки бетона приводит к крошению и высыпанию наполнителя.

    Смывка внешнего бетонного слоя

    Глубина впитывания геля-замедлителя составляет 0,2–1 см. Смывать его и верхний слой раствора нужно сразу же после доставания изделия из формы. Для этой цели идеально подходит водяной насос или домашняя автомойка. Процедуру производят осторожно, чтобы не повредить не до конца вызревший состав. Струю направляют на изделие при помощи пистолета-распылителя под малым или средним давлением, двигаясь в одном направлении.

    Если бетон смывается плохо, можно дополнительно применять мягкую капроновую щетку. До начала эксплуатации нужно выждать 1–4 недели (в зависимости от толщины слоев), пока бетон полностью не окрепнет.

    Смывка верхнего слоя с помощью распытлителя

    Сделать мытый бетон самостоятельно можно даже без наличия специальных знаний и навыков. С его помощью получится украсить приусадебный участок или сад настоящими архитектурными композициями, причем быстро и без лишних финансовых затрат.