Бетоноведение. В двух томах. Том 2. Основные разновидности бетонов

Л. И. Дворкин 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
БЕТОНОВЕДЕНИЕ  
 
Монография 
В двух томах 
 
ТОМ 2 
ОСНОВНЫЕ РАЗНОВИДНОСТИ БЕТОНОВ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 

УДК 691.53 
ББК 38.3 
Д24 
 
 
Р е ц е н з е н т ы : 
доктор технических наук, профессор А. В. Ушеров-Маршак  
(Харьковский национальный университет  
строительства и архитектуры); 
кандидат технических наук В. А. Дорф  
(АО «Оргэнергострой», г. Москва) 
 
 
Дворкин, Л. И. 
Д24  
Бетоноведение : монография. В двух томах. Том 2. Основные разновидности бетонов / Л. И. Дворкин. – Москва ;  
Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 608 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0618-5 
ISBN 978-5-9729-0619-2 (Т. 2) 
 
Освещены основные разделы научного бетоноведения. Рассматриваются современные представления о составе и структуре цементного бетона, технологических методах управления ими. Освещаются свойства 
цементного бетона, факторы, влияющие на прочностные, деформативные 
и другие свойства, определяющие эксплуатационную надежность и долговечность бетона. Приведены основные расчетные зависимости для прогнозирования свойств и проектирования составов бетона с заданными 
свойствами. Кратко освещены особенности технологии, свойства, методики проектирования составов разновидностей бетонов с учетом особенностей их исходных материалов, свойств и области применения. Анализируются пути управления структурой, составами и свойствами бетонов 
различного назначения. 
Для широкого круга специалистов-строителей и технологов, а также 
студентов строительных специальностей высших учебных заведений. 
УДК 691.53 
ББК 38.3 
 
ISBN 978-5-9729-0618-5 
©  Дворкин Л. И., 2021
ISBN 978-5-9729-0619-2 (Т. 2) ©  Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
©  Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
Опыт, накопленный различными отраслями строительства, убедительно показывает, что бетон как композиционный 
материал конгломератной структуры на основе вяжущего вещества и минеральных или органических заполнителей является 
универсальным строительным материалом. Вместе с тем конкретные особенности эксплуатации конструкций и сооружений 
обусловливают специфичные требования к бетону и соответственно особенности его технологии. 
Термин «бетон» в настоящее время стал собирательным, 
он объединяет большую совокупность композиционных конгломератных материалов – бетонов, которые можно классифицировать по различным признакам. Одним из определяющих 
классификационных признаков для бетонов является основное 
назначение, определяющее область их применения. Наряду с 
общестроительными или т. н. конструкционными бетонами, 
предназначенными для изделий и конструкций наиболее массового применения, широко применяют специальные бетоны для 
определенных отраслей строительства и конкретных видов бетонных работ. Номенклатура специальных бетонов является достаточно обширной и по мере развития строительства включает 
все новые разновидности. 
В данной книге автор попытался осветить наиболее важные особенности, касающиеся специфических свойств и составов основных видов бетона, различающих составом, структурой, 
способом получения и назначением. 
В книге обобщены материалы многочисленных исследований, в т. ч. и результаты научных исследований автора. 
Автор отдает себе отчет в том, что книгу можно было бы 
существенно дополнить и углубить и будет признателен читателям за предложения в данном направлении. Автор признателен рецензентам книги, замечания которых учтены при ее подготовке. 
 
 
 
3 
 

ВВЕДЕНИЕ 
В ХХI век бетон вошел как основной строительный материал, в значительной мере определяющий уровень современной 
цивилизации. Мировой объем применения бетона превысил 
2 млрд м3. Преимущества бетона – неограниченная сырьевая 
база и сравнительно низкая стоимость, экологичность, возможность применения в различных эксплуатационных условиях 
и достижения высокой архитектурно-строительной выразительности, доступность технологии и возможность обеспечения высокого уровня механизации и автоматизации технологических 
процессов – обусловливают привлекательность этого материала 
и его ведущие позиции на обозримую перспективу. Достижения 
бетоноведения и технологии бетона позволяют к настоящему 
времени проектировать бетон, изделия и конструкции с требуемыми свойствами, прогнозировать и управлять его свойствами. 
Бетон относится к числу наиболее универсальных материалов, 
позволяющих интенсивно использовать его во всех отраслях 
строительства. 
Номенклатура бетонов, применяемых в современном 
строительстве, чрезвычайно обширна и постоянно расширяется. 
Этому в значительной мере способствует научно-технический 
прогресс в технологии вяжущих материалов, заполнителей 
и разнообразных добавок к бетону. 
Еще в начале 50-х годов прошлого столетия были созданы 
быстротвердеющие цементы, главным отличием которых являлась повышенная прочность цементного камня в ранние сроки 
твердения. Они стали эффективно использоваться развивающейся промышленностью сборного железобетона. Для решения 
задачи снижения материалоемкости при производстве ответственных железобетонных конструкций, уменьшения расхода 
цемента были разработаны высокопрочные цементы марок 600 
и выше, сверхбыстротвердеющие цементы. Для повышения 
трещиностойкости бетонов, предотвращения усадочных деформаций созданы расширяющиеся цементы, цементы, способные 
напрягать арматуру в железобетоне. Были разработаны сульфатостойкие цементы, позволяющие защитить строительные кон4 

струкции от коррозии. Развитие металлургической, химической 
и других отраслей промышленности потребовало создания цементов высокой огнеупорности. В последние годы российскими 
учеными впервые в мире разработана технология цементов низкой водопотребности. Она открывает перспективы радикального 
энергосбережения в производстве цементов, направленного регулирования их свойств. Введение в эти цементы 50…70  минеральных добавок позволяет снизить удельные затраты топлива на 80…100 кг на тонну цемента с сохранением его высокой 
активности. Наряду с портландцементами в этом направлении 
особенно перспективны гипсовые вяжущие нового поколения 
(гипсоцементнопуццолановые, композиционные вяжущие низкой водопотребности и др.), малоклинкерные и бесклинкерные 
шлаковые и зольные вяжущие, вяжущие автоклавного твердения с использованием разнообразного техногенного сырья и 
промышленных отходов. 
Новые возможности в создании бетонов с комплексом 
требуемых свойств представили синтетические полимеры.  
В настоящее время они широко применяются как модифицирующие добавки к бетону и как самостоятельные вяжущие. 
До 80  объема бетона могут составлять заполнители,  
и их качество в значительной мере определяет качество бетона. 
В последние годы разработаны эффективные технологии обогащения, фракционирования и модифицирования природных 
заполнителей, получения заполнителей высокого качества из 
техногенного сырья. Разработаны и внедрены в практику технологии легких и сверхлегких заполнителей на основе природного 
сырья, шлаков, зол и других отходов промышленности. 
Наиболее универсальным и эффективным способом модифицирования структуры и регулирования свойств бетона является введение в бетонную смесь дополнительных компонентов – добавок. В настоящее время в экономически развитых 
странах весь выпускаемый бетон изготавливается с применением разнообразных добавок. Номенклатура известных добавок 
чрезвычайно многообразна. Добавки, как правило, оказывают 
полифункциональное воздействие на бетонные смеси и затвердевший бетон. Одни и те же добавки могут относиться к разным 
5 
 

видам в зависимости от цели, с которой они вводятся в бетонную смесь, дозировки и т. п. 
В технологии бетона широкое распространение получили 
суперпластификаторы (СП), обеспечивающие необходимую подвижность бетонной смеси при минимальном водосодержании, 
что позволяет улучшить ряд свойств бетонов – прочность, стойкость, непроницаемость и др.  
Добавки суперпластификаторов нового поколения обеспечивают увеличение осадки конуса бетонной смеси от 3 см  
до 21...24 см при дозировке всего 0,17...0,22 % массы цемента. 
Если бетонные смеси с добавками традиционных суперпластификаторов быстро теряют подвижность и недостаточно устойчивы, то смеси с добавками поликарбоксилатов находятся в 
пластичном состоянии 1,5...2 ч. Высокая сохраняемость бетонных смесей с суперпластификаторами делает их особенно привлекательными для монолитного строительства и при продолжительном транспортировании.  
Для экономии цемента и придания бетону специальных 
свойств широко применяются активные минеральные добавки. 
Большое распространение как активная минеральная добавка 
получила зола-унос, улавливаемая при сжигании на тепловых 
электростанциях каменного угля. 
В начале 50-х годов прошлого столетия в Норвегии, а затем 
и в других странах начали применять высокоактивную минеральную добавку – микрокремнезем (МК). Уникальная удельная поверхность (до 2000 м2/кг) в сочетании с аморфизованной структурой частиц, наличием таких примесей, как карбид кремния, которые обладают высокой поверхностной энергией, обусловливают 
высокую структурирующую и реакционную способность этого 
материала по сравнению с другими активными минеральными 
добавками. Содержание МК в бетонах рекомендуется в количестве 20...50 кг/м3. Микрокремнезем в силу чрезвычайно высокой 
дисперсности и аморфной структуры частиц вызывает существенное увеличение водопотребности бетонных смесей, поэтому 
его применяют в сочетании с суперпластификаторами. 
На основе микрокремнезема, суперпластификаторов и некоторых других добавок НИИЖБом предложены гранулиро6 
 

ванные модификаторы (МБ). Они значительно упрощают получение бетона с высокими техническими свойствами, позволяют уменьшить расход СП, повысить сохранность консистенции бетонных смесей во времени и обеспечить ряд других преимуществ по сравнению с раздельным введением добавок. 
Наряду с МК в качестве эффективных модификаторов бетона при определенных условиях (высокая дисперсность, сочетание с суперпластификаторами и др.) могут служить и другие 
минеральные материалы – метакаолин, цеолиты и др. 
Существенно повысить удельную прочность бетонов, в 
особенности на растяжение при изгибе, трещиностойкость, 
стойкость к ударным и вибрационным воздействиям, сопротивление истиранию позволяет дисперсное армирование короткими 
отрезками различных волокон-фибры. Находит применение 
стальная, стеклянная, полипропиленовая, асбестовая и другие 
виды фибры. Разработаны высокопрочные фибробетоны (High 
Performance Fiber Reinforced Concrete – HPFRC), отличающиеся 
повышенным содержанием волокон. Прочность при сжатии таких композитов может превышать 200 МПа, прочность при растяжении – 30 МПа. 
Наряду с выбором исходных материалов и добавок современная технология бетона широко использует для регулирования 
свойств бетона возможности, которые открывает целенаправленное проектирование составов бетонных смесей. Расширяется использование эффективных способов обработки и уплотнения бетонных смесей, твердения бетона. В этом плане перспективными 
являются различные физические, физико-химические и химические способы активации как отдельных компонентов, так и их 
композиций, приводящие к интенсификации процессов стуктурообразования, модифицированию структуры и свойств бетонов. Положительные результаты, в частности, достигнуты при активации 
цементов и цементных систем с применением вибрационных, акустических и электромагнитных воздействий, турбулентного перемешивания, основанного на создании высоких градиентов скоростей, интенсивной раздельной технологии. 
Развиваются исследования по электромагнитным методам 
активации, направленным на интенсификацию гидратации от7 
 

дельных клинкерных минералов, регулированию основности 
гидросиликатов с помощью воздействия переменным или постоянным электрическим полем определенной частоты. 
Интересные результаты получены при активации цементного теста источниками высоких энергий, аэрогидродинамическими излучателями, а также при магнитомеханических, электрогидравлических и термоэлектрических воздействиях на растворы и бетоны. 
Перспективны исследования по активации воды затворения бетонной смеси. Эффективно затворение бетонной смеси 
деаэрированной водой, в том числе омагниченной, что сопровождается активизацией поверхности клинкерных минералов за 
счет разрушения адсорбционных пленок, интенсификацией физико-химического взаимодействия и повышением прочности 
бетонов в среднем на 30...40 . 
Достижение необходимых качественных показателей бетона возможно лишь при тщательном уплотнении бетонных 
смесей. Основные способы механического воздействия на бетонную смесь с целью ее уплотнения и формования изделий 
можно разделить на 3 группы: 
 статические (прессование, укатка, вакуумирование), 
 динамические (вибрирование, трамбование), 
 комбинированные (вибропрессование, вибровакуумирование, виброштампование и др.).  
Более 90  всех бетонных изделий изготовляется с помощью вибрирования. В настоящее время для уплотнения подвижных смесей с предотвращением их расслаиваемости получает распространение вибрационное оборудование, обеспечивающее эффективные низкочастотные симметричные режимы  
с уменьшением уровня шума. Время уплотнения и показатель 
раствороотделения бетонных смесей при низких частотах  
в 1,5...2 раза меньше по сравнению с частотой 50 Гц. Для уплотнения жестких и сверхжестких смесей предложены эффективные низкочастотные ударно-вибрационные режимы с частотой 
15...30 Гц. 
В современных условиях при массовом применении суперпластифицирующих добавок все большее распространение 
8 
 

получают укладка и уплотнение литых и самоуплотняющихся 
бетонных смесей. Такая технология предполагает применение 
бетонных смесей с ОК = 18...26 см и более, укладываемых под 
действием сил гравитации без или с применением непродолжительного виброуплотнения.  
Применение высокоподвижных смесей с добавками суперпластификаторов позволяет сократить время уплотнения  
до 20...50  времени, необходимого для уплотнения обычных 
бетонов. При виброуплотнении таких смесей эффективно применение виброплощадок с низкочастотными (до 25 Гц) режимами виброколебаний, снижающих расслоение бетонных смесей. 
При использовании бетононасосов применение литых смесей с суперпластификаторами снижает сопротивление перекачиванию на 25...70 , повышает коэффициент заполнения транспортных цилиндров на 5...6 . Это позволяет снизить потребляемую 
бетононасосом мощность на 8...10  или увеличить напор по сравнению с работой на обычных бетонных смесях (ОК = 8...10 см). 
Достижение необходимой прочности и обеспечение других строительно-технических свойств бетона возможно при соответствующих температурно-влажностных условиях. В заводских условиях изготовления железобетонных изделий основным 
способом обеспечения необходимых показателей проектных 
свойств бетона в приемлемые сроки является тепловлажностная 
обработка при нормальном давлении – пропаривание. При этом 
важное значение имеет оптимизация режимов пропаривания: 
длительности предварительной выдержки, скорости подъема 
температуры и охлаждения, температуры и длительности изотермической выдержки. 
В настоящее время важнейшее значение для экономии 
топливно-энергетических ресурсов приобретает развитие энергосберегающих технологий: применение высокопрочных и 
быстротвердеющих цементов, введение химических добавок, 
снижение температуры и продолжительности нагрева, нагрев 
бетона электричеством и в среде продуктов сгорания природного газа, применение безобогревных методов и т. д.  
Возможность 
существенного 
сокращения 
продолжительности тепловой обработки изделий и улучшения их качества 
9 
 

доказана при совмещении интенсивных механических и тепловых воздействий на бетон (динамотермическая обработка).  
При этом способе тепловой обработки деструктивные явления, 
развиваемые при быстром разогреве бетонной смеси, в значительной мере устраняются механическим уплотняющим воздействием, отпадает необходимость в предварительной выдержке 
смеси. Приложение в определенный период механических воздействий способствует направленному структурообразованию 
бетона и улучшению его свойств.  
Наиболее существенными дефектами структуры бетона, 
значительно снижающими его физико-механические свойства, 
являются открытые поры и капилляры, образуемые при уплотнении бетона и при его твердении. В значительной мере ослабить негативное влияние пор и капилляров на свойства бетона 
удается при пропитке предварительно высушенных изделий  
и конструкций специальными составами (петролатумом, серой, 
битумом, синтетическими смолами). Наиболее значительный 
эффект достигается при пропитке бетона жидкими мономерами 
(метилметакрилатом или стиролом) с последующей их полимеризацией, а также различными полимерами (эпоксидными, полиэфирными смолами и др.). 
В настоящее время нет единой общепринятой классификации бетонов. Укрупненная классификация бетонов предложена в ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования». Она предлагает классифицировать бетоны 
по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, 
структуре и условиям твердения (табл. 1.1). 
Наиболее массовое применение имеют конструкционные 
бетоны – бетоны, применяемые в несущих и ограждающих  
конструкциях зданий и сооружений, определяющими требованиями к качеству которых являются требования по физикомеханическим характеристикам. 
Специальными бетонами называют бетоны, к которым 
предъявляют специальные требования в соответствии с их 
назначением. Развитие строительства приводит к расширению 
сферы применения бетонов и увеличению количества специальных бетонов. 
10