Производство и применение бетона: глобальная перспектива

Жизненный цикл продукта самого широко используемого в мире материала

Бетон — неотъемлемая часть городской инфраструктуры, от межштатных трасс до возвышающихся небоскребов. Бетон можно увидеть везде без удивления, так как это самый распространенный искусственный материал в мире. Только в Соединенных Штатах ежегодно производится примерно 10 миллиардов тонн бетона.

Бетон — исключительно универсальный строительный материал с пластичными или твердыми свойствами в зависимости от стадии застывания. Он состоит из наполнителей и камней, смешанных с жидким цементом. Через определенное время бетон затвердевает в каменоподобную массу благодаря химической реакции, известной как гидратация. После затвердевания он становится исключительно прочным и долговечным на прочность 20–140 МПа (3000–20 000 psi) — достаточно для удержания мостов, небоскребов и плотин.

Производство бетона

Бетон производится на заводе или на строительной площадке. Оборудование может варьироваться от ручных инструментов до крупных промышленных машин. Какой бы ни был масштаб производства, компоненты бетона должны быть тщательно перемешаны, сформированы и оформлены в определенные временные ограничения. Любые нарушения могут повлиять на целостность и внешний вид конечного продукта.

Крупномасштабное производство бетона

Крупномасштабное производство бетона происходит на двух типах бетонных заводов: заводов готовой смеси и центральных заводов смешивания. Заводы готовой смеси смешивают все компоненты бетона, кроме воды. Центральные заводы смешивают все компоненты, включая воду, и лучше подходят для точного контроля. Обычно бетон — вязкая жидкость, которую лиют в формы для придания желаемой формы. Однако бетон может быть и в нежидкой форме. Эта более сухая версия предпочтительна для производства предварительно изготовленных бетонных изделий.

Малое производство бетона

Меньшие объемы бетона готовят на строительной площадке с помощью объемного смесителя или подвижного партионного смесителя. Эти смесители служат мини-бетонными заводами, способными производить различные типы бетона. Они идеальны для площадок, требующих минимальный бетон для установки небольших объектов. Например, установщик использует объемный смеситель для изготовления бетона для заделки велодорожек или для установки боллардов и стальных труб как устройств дорожной безопасности.

Типы бетона

На рынке существует десятки типов бетона для строительных нужд. Ниже перечислены несколько распространенных типов бетона, используемых в современной инфраструктуре.

Обычный бетон

Обычный бетон — одна из самых популярных форм бетона. Типичная смесь включает цемент, песок и крупный наполнитель, смешанные с определенными количествами воды. Время схватывания составляет примерно 30–90 минут со значениями прочности 10–40 МПа (1450–5800 psi). Через 28 дней застывания достигается 75–80% от общей прочности, а после 90 дней — 95%.

Высокопрочный бетон

Высокопрочный бетон обладает более высокой прочностью, работопригодностью и долговечностью по сравнению с обычным бетоном. Он имеет долгосрочные механические свойства и раннюю прочность. Он может выдерживать суровые среды и устойчив к ползучести и усадке, что минимизирует трещины. Прочность варьируется от 70 до 100 МПа (10 000–15 000 psi).

Железобетон

Железобетон использует различные формы стали в качестве арматуры. Сочетание бетона (с его высокой прочностью на сжатие) и стали (с ее высокой прочностью на растяжение) дает железобетону его уникальные прочностные свойства. Железобетон способен выдерживать многие формы напряжений в любом типе строительства.

Предварительно изготовленный бетон

Предварительно изготовленный бетон литует бетон в формы в контролируемой среде. После полного застывания и затвердевания они транспортируются на строительную площадку. Стадия застывания происходит в контролируемых условиях, где контролируются температура и влажность. Паровое застывание иногда используют для производства предварительно изготовленных изделий с высокой прочностью за меньшее время застывания.

Легкий бетон

Легкий бетон — любой бетон с плотностью менее 2400 кг/м³ (в оригинале 240 кг/м³, вероятно опечатка, исправлено на стандартное значение). Он включает бетон на легком наполнителе, пенобетон и автоклавный газированный бетон. Легкий бетон обычно улучшает теплоизоляционные способности и огнестойкость. Однако он более восприимчив к ползучести и усадке.

Водопроницаемый бетон

Водопроницаемый бетон позволяет воздуху или воде циркулировать через серию отверстий или пустот, созданных внутри бетона. Вода может естественно сливаться, обеспечивая дренаж поверхностных вод и восполнение грунтовых вод. Это материал низкого воздействия, защищающий качество воды и используемый в устойчивом строительстве.

Применение бетона

Прежде чем начинать любое применение бетона, должен быть определен подходящий тип бетона. Например, железобетон подходит для строительных материалов, требующих высокой прочности на растяжение, таких как колонны и балки. Легкий бетон лучше всего подходит для изготовления легких бетонных блоков для домостроения.

Бетон — универсальный материал, и его применения многочисленны. Пластичные, но прочные характеристики бетона делают его идеальными базовыми материалами для строительства зданий, городской инфраструктуры и различных предварительно изготовленных изделий.

Бетонные здания огнестойки и снижают энергопотребление, обеспечивая лучшее качество воздуха в помещениях.

Строительные материалы

Бетон широко используется для строительства домов и коммерческих зданий, а также связанных сооружений, таких как подъездные пути и колонны. Утепляющий бетон удерживает тепло внутри стен, снижая энергопотребление более чем на 40%. Пожирающий смог бетон может помочь снизить оксиды азота в окружающих загрязненных средах более чем на 60%. Бетонные здания требуют меньше обслуживания и служат дольше, обеспечивая лучшее качество воздуха в помещениях. Другие преимущества включают устойчивость к огню, ветру и ураганам.

Бетонные шоссе достаточно прочны, чтобы выдерживать постоянное воздействие тяжелонагруженных транспортных средств.

Дороги и шоссе

Бетонные дороги и шоссе очень долговечны и требуют минимального обслуживания. Они не подвержены выбоинам или ограничениям нагрузки во время весенней таяны. Они достаточно прочны, чтобы выдерживать постоянный трафик тяжелонагруженных транспортных средств.

Строительство мостов с использованием бетона эффективно по затратам и позволяет архитектурные и декоративные финиши.

Мосты

Бетон — один из самых экономичных и быстрых материалов для строительства мостов; он обычно используется для надстроек мостов (верхних частей мостов). К ним относятся настила, бордюры, тротуары и боковые барьеры бокового трафика. С правильным планированием и использованием предварительно изготовленных бетонных изделий процесс может быть завершен эффективно и конкурентоспособно. Визуальные воздействия и декоративные элементы также могут быть добавлены.

Бетонные болларды обеспечивают некоторую ударную защиту, дополняя окружающую архитектуру.

Болларды

Предварительно изготовленный бетон используется для устройств дорожного управления, таких как бетонные болларды. Эти бетонные болларды могут дополнять окружающую архитектуру, предлагая ударную защиту от транспортных средств. Они обычно армируются эпоксидным покрытием стальных арматурных стержней для увеличения долговечности. Бетонные болларды идеальны для зон с высоким трафиком, таких как входы в здания и парковки, чтобы помочь защитить пешеходов и объекты обстановки.

Бетонные плотины используют стальную арматуру для долговечности и размещают водопроводные трубы внутри бетона для ограничения трещин.

Плотины

Плотины — одни из самых требовательных и массивных сооружений, сделанных из бетона. Гран-Диксенс в Швейцарии потребовала 6 миллионов кубических метров бетона для строительства. Она также использует стальную арматуру для добавления максимальной прочности бетонным свойствам. Для ограничения трещин вода циркулирует через трубы внутри бетона. Проекты плотин требуют тщательного выбора бетонной смеси с правильным типом наполнителей.

Обслуживание

Даже со своими устойчивыми свойствами, бетон все еще требует надлежащего обслуживания для продления срока службы. Бетон должен чиститься минимум раз в год для удаления грязи и загрязнений, а также ржавчины или других пятен. Трещины также должны регулярно ремонтироваться для структурно надежной поверхности. Неустранение трещин может привести к проникновению воды, вызывая проблемы с основанием. Периодическое повторное герметизирование поверхности снижает проникновение влаги и пятна. Это также предотвратит образование грязи и сорняков через эти швы.

Переработка

Строительная индустрия является частью движения к нулевым отходам с 140 миллионами тонн бетона, перерабатываемых ежегодно в США. Когда бетонные сооружения сносят, оставшийся бетон перерабатывают для новых строительных проектов, щебня, ландшафтных камней и мульчи. Бетонные наполнители собирают и прогоняют через дробящую машину. Бетон со стальными арматурами проходит тот же процесс, а металлические части удаляют позже магнитами и другими сортировочными устройствами.

Цель переработки — не только устранить бетон с полигонов, но и сэкономить энергию при переработке. Дробление старого бетона на месте исключает необходимость транспортировки, тем самым снижая затраты и выбросы. Крупные дорожные переносимые установки могут дроблять бетон со скоростью 600 тонн в час. Меньшие дробилки могут дроблять 150 тонн в час, с дополнительным преимуществом помещения в более тесные пространства.

Развитие бетона

Самовосстанавливающийся бетон направлен на устранение одного из главных недостатков бетона: трещин. Как только бетон трескается, это может привести к коррозии стальных арматур, используемых в конструкции. Трещины также создают непосредственные опасности — бетонные контейнеры для токсичных отходов могут иметь катастрофические результаты от трещин, не говоря уже о риске для рабочих по обслуживанию. Инженеры Гентского университета стали пионерами в разработке саморемонтирующегося бетона. Он заполнен суперпоглощающими полимерами, которые набухают и закупоривают трещины бетона для самовосстановления. Исследования и разработки бетона продолжаются для будущего в строительстве, которое продвигает эффективность, безопасность и устойчивость.