1.Прочность бетона

Прочность бетона – одно из главных его строительных свойств.
Прочность бетона Rб к определенному сроку при твердении в нормальных условиях (температура 15 – 20оС и относительная влажность окружающего воздуха 90 – 100%) зависит, главным образом, от двух факторов: прочности (активности) цемента Rц и водоцементного отношения В/Ц.
Водоцементным соотношением называют отношение массы воды к массе цемента в свежеизготовленной бетонной смеси, причем учитывают только свободную, не поглощенную заполнителями воду. Прочность бетона прямопропорциональна прочности цемента. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения более сложная (имеет вид гиперболы).
На прочность бетона, хотя и менее существенное, чем Rц и В/Ц, оказывают влияние также виды цемента, форма заполнителей, характер их поверхности, способы приготовления образцов и другие факторы.
На практике часто используют зависимость прочности не от водоцементного, а от цементно-водного отношения Ц/В. При Ц/В в пределах 1 – 3.3, которое наиболее часто встречается при приготовлении бетона, эту кривую можно заменить двумя прямыми. Тогда для расчетов можно использовать следующие формулы:
а) для бетонов с Ц/В меньше или равно 2.5 (B/Ц больше или равно 0.4) R6 = ARц (Ц/В - 0.5)
б) для бетонов с Ц/В>2.5 (B/Ц<0.4) R6 = A1Rц (Ц/В + 0.5)

где Rб – прочность бетона нормального твердения в возрасте 28 суток; Rц – активность цемента; А и А1 – эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние на прочность бетона качества заполнителей и других факторов.
Значения коэффициентов А и А1 принимают по таблице:

Материалы для бетона / A / A1

Высококачественные / 0.65 / 0.43
Рядовые / 0.60 / 0.40
Пониженного качества / 0.55 / 0.37

Высококачественными материалами являются: щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок хорошего зернового состава, портландцемент высокой активности, без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки. Заполнители должны быть чистыми, промытыми, фракционированными с оптимальным зерновым составом смеси фракций. Рядовые материалы: заполнители среднего качества, отвечающие требованиям ГОСТ, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокопрочный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества: крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, цементы низкой активности.
При проектировании состава бетона наиболее часто используют формулу (*). Формулы зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения справедливы только для бетона, уложенного совершенно плотно.
Закон прочности бетона и выражающие его формулы и графики позволяют решать две практические задачи. Первая – при известных прочности цемента и водоцементном отношении можно заранее определить прочность, приобретаемую бетоном через 28 суток. Вторая – при заданной прочности бетона Rб и известной прочности цемента рассчитать водоцементное отношение, необходимое для определения правильного состава бетона.
Прочность бетона характеризуется его маркой, которая определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов 150150150мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 суток после твердения в нормальных условиях. Для тяжелых бетонов применяют марки: М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600. Марки бетона могут быть определены также по прочности на растяжение при изгибе, например для тяжелых бетонов, применяемых в дорожном и аэродромном строительстве. Прочность бетона на растяжение при изгибе определяется путем испытания образцов, имеющих форму балочек квадратного сечения. Марки на растяжение при изгибе могут быть: М15, М20, М25, М30, М35, М40, М45, М50, М55.
Бетон марок М100 – М150 применяют для оснований, фундаментов и массивных сооружений с невысокими расчетными напряжениями. Для обычных монолитных или сборных железобетонных конструкций в гражданском и промышленном строительстве используют бетон марок М200 – М300. Для предварительно напряженных и специальных железобетонных конструкций применяют бетон марок М300 – М600.
Более полное суждение о качестве бетона можно сделать при одновременном учете прочности бетона и его однородности, определяемой на основе статистического анализа коэффициентом вариации прочности , который равен отношению среднего квадратичного отклонения отдельных результатов испытаний прочности бетона к его средней прочности. Чем выше однородность бетона, тем с большей надежностью получают заданную прочность бетона. Коэффициент вариации прочности бетона колеблется от 0,05 до 0,2. Снижение коэффициента вариации обеспечивает экономию цемента.
При проектировании железобетонных конструкций учитывают однородность бетона. Нормативную кубиковую прочность бетона Rн, используемую в расчетах, принимают равной:

2.Деформативные свойства бетона

Деформации бетона можно разделить на собственные деформации – усадку и расширение, возникающие под действием физико-химических процессов, протекающих в бетоне; деформации от действия нагрузки, причем различают деформации от кратковременного действия нагрузки и от длительного действия – ползучесть бетона; температурные деформации бетона.
Усадка бетона, т.е. уменьшение его объема, проявляется при твердении бетона в атмосферных условиях или при недостаточной влажности среды, способствующей высыханию бетона. При твердении в воде или во влажных условиях усадка резко уменьшается, а в ряде случаев происходит незначительное расширение бетона.
В среднем годичная усадка тяжелого бетона составляет 0,2 – 0,4 мм/м. Усадка бетона уменьшается при сокращении расходов цемента и воды и уменьшении водоцементного отношения. Усадка возрастает с возрастом бетона и при понижении влажности окружающего воздуха.
Быстрое высыхание бетона, особенно в раннем возрасте, приводит к значительной и неравномерной усадке и может вызвать появление на поверхности материала усадочных трещин. Во избежание этого применяют правильно подобранные составы бетона (с минимальным расходом цемента), обеспечивают надлежащие условия его твердения, устраивают специальные швы, бетон в массивные сооружения укладывают отдельными блоками, применяют химические добавки, уменьшающие усадку бетона.
О деформативных свойствах бетона при приложении нагрузки судят по его модулю деформации, т.е. по отношению напряжения к относительной деформации, вызываемой его действием. Чем выше модуль деформации, тем менее деформативен бетон. Модуль деформации бетона повышается с его прочностью и составляет: для бетона марки М100 190МПа, для бетона марки М500  4100МПа.
Ползучесть бетона, проявляется в виде необратимых деформаций, возникающих при длительном действии постоянной нагрузки. Деформации ползучести наиболее заметно развиваются в первые сроки после приложения нагрузки и постепенно затухают. Уменьшению ползучести способствуют понижение расхода цемента и водоцементного отношения, повышение крупности заполнителей и уменьшение их деформативных свойств, увеличение возраста бетона и его прочности.
Температурные деформации бетона характеризуются температурным коэффициентом линейного расширения, который в среднем составляет 10-5. Этот коэффициент близок к коэффициенту линейного расширения стали, что способствует совместной работе этих материалов в железобетонных конструкциях.

3.Водонепроницаемость бетона

Водонепроницаемость бетона зависит от его плотности и структуры. Бетон мелкопористой структуры и однородного состава, тщательно уплотненный и достаточно затвердевший, практически водонепроницаем в слоях значительной толщины. Водонепроницаемость бетона можно повысить, покрывая его поверхность плотным раствором, в особенности наносимым пневматическим способом (так называемым торкретированием). Также способствуют повышению водонепроницаемости различные специальные добавки, гидрофобизирующие и кальматирующие поры бетона.
Марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8, W10, W12.

4.Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона во многом определяется его строением.
Как морозостойкость, так и водонепроницаемость бетона очень зависят от количества крупных пор размером более 10-5 см (макропоры), которые образуются водой, не вступившей в химическое взаимодействие с цементом.
Макропористость бетона уменьшается, а морозостойкость улучшается при понижении В/Ц и с увеличением возраста бетона. Обычно для получения достаточно морозостойкого бетона В/Ц применяют менее 0,5. Морозостойкость бетона можно улучшить также путем введения в его состав специальных гидрофобных воздухововлекающих добавок, уменьшающих проницаемость его пор и капилляров для воды и снижающих внутренние напряжения в бетоне при ее замерзании.
Для конструкций подвергающихся в увлажненном состоянии попеременному замораживанию и оттаиванию, установлены марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

5.Коррозионная стойкость

Под влиянием физико-химического действия некоторых жидкостей и газов бетон может постепенно разрушиться. Коррозия бетона вызывается почти исключительно разрушением цементного камня, заполнители же всегда можно подобрать достаточно стойкие.
Основные виды коррозии и методы защиты от них – см. раздел «Долговечность цементного камня».