Бетон, в строительстве, конструкционный материал, состоящий из твердых, химически инертных частиц, известных как заполнитель (обычно песок и гравий), которые скрепляются цементом и водой.
У древних ассирийцев и вавилонян в качестве связующего вещества чаще всего использовалась глина. Египтяне разработали вещество, более напоминающее современный бетон, используя в качестве связующих известь и гипс. Известь (оксид кальция), получаемая из известняка, мела или (при наличии) устричных раковин, оставалась основным пуццолановым, или цементообразующим, веществом вплоть до начала 1800-х годов. В 1824 году английский изобретатель Джозеф Аспдин обжег и измельчил смесь известняка и глины. Эта смесь, названная портландцементом, до сих пор остается основным цементирующим веществом, используемым при производстве бетона.
Заполнители обычно обозначаются как мелкие (размером от 0,025 до 6,5 мм [от 0,001 до 0,25 дюйма]) или крупные (от 6,5 до 38 мм [от 0,25 до 1,5 дюйма] и более). Все заполнители должны быть чистыми и не содержать примесей мягких частиц или растительных веществ, поскольку даже небольшое количество органических соединений почвы приводит к химическим реакциям, которые серьезно влияют на прочность бетона.
Бетон характеризуется типом используемого заполнителя или цемента, специфическими качествами, которые он проявляет, или методами, используемыми для его производства. В обычном конструкционном бетоне характер бетона в значительной степени определяется соотношением воды и цемента. Чем меньше содержание воды при прочих равных условиях, тем прочнее бетон. В смеси должно быть достаточно воды, чтобы каждая частица заполнителя была полностью окружена цементной пастой, чтобы промежутки между заполнителями были заполнены, и чтобы бетон был достаточно жидким, чтобы его можно было эффективно заливать и распределять. Еще одним фактором прочности является количество цемента по отношению к заполнителю (выраженное в виде трехкомпонентного соотношения — цемент, мелкий заполнитель, крупный заполнитель). Там, где требуется особо прочный бетон, заполнителя будет относительно меньше.
Прочность бетона измеряется в фунтах на квадратный дюйм или килограммах на квадратный сантиметр силы, необходимой для разрушения образца определенного возраста или твердости. На прочность бетона влияют факторы окружающей среды, особенно температура и влажность. Если позволить ему высохнуть раньше времени, он может испытывать неравномерные растягивающие напряжения, которые в несовершенном затвердевшем состоянии не могут быть выдержаны. В процессе, называемом твердением, бетон после заливки некоторое время поддерживается во влажном состоянии, чтобы замедлить усадку, которая происходит по мере его затвердевания. Низкие температуры также негативно влияют на его прочность. Чтобы компенсировать это, в цемент добавляют такие добавки, как хлорид кальция. Это ускоряет процесс схватывания, который, в свою очередь, выделяет тепло, достаточное для противодействия умеренно низким температурам. Крупные бетонные формы, которые невозможно адекватно укрыть, не заливают при низких температурах.
Бетон, затвердевший благодаря вкраплениям металла (обычно стали), называется железобетоном, или ферробетоном. Его изобретение обычно приписывают Жозефу Монье, парижскому садовнику, который делал садовые горшки и кадки из бетона, армированного железной сеткой; патент он получил в 1867 году. Арматурная сталь, которая может быть в виде стержней, прутьев или сетки, обеспечивает прочность на растяжение. Обычный бетон плохо выдерживает такие нагрузки, как воздействие ветра, землетрясения, вибрации и другие изгибающие силы, и поэтому не подходит для многих конструктивных применений. В железобетоне прочность стали на растяжение и прочность бетона на сжатие делают конструкцию способной выдерживать большие нагрузки любого рода на значительных расстояниях. Текучесть бетонной смеси позволяет размещать сталь в точке, где ожидается наибольшее напряжение, или рядом с ней.
Еще одним новшеством в кладке является использование предварительно напряженного бетона. Это достигается путем предварительного или постнапряжения. При предварительном натяжении в пустую форму укладываются отрезки стальной проволоки, тросов или канатов, которые затем натягиваются и закрепляются. После того как бетон залит и ему дали застыть, анкеры отпускают, и, когда сталь стремится вернуться к своей первоначальной длине, она сжимает бетон. При постнатяжении сталь пропускается через каналы, сформированные в бетоне. Когда бетон затвердевает, сталь крепится к внешней стороне конструкции с помощью какого-либо захватного устройства. Прикладывая к стали определенное растягивающее усилие, можно тщательно регулировать величину сжатия, передаваемого на бетон. Предварительно напряженный бетон нейтрализует растягивающие усилия, которые могли бы разорвать обычный бетон, сжимая участок до такой степени, что напряжение не возникает до тех пор, пока не будет преодолена прочность сжатого участка. Поскольку прочность достигается без использования тяжелой стальной арматуры, его с успехом применяют для создания более легких, тонких и элегантных конструкций, таких как мосты и огромные крыши.
Помимо потенциала огромной прочности и изначальной способности приспосабливаться практически к любым формам, бетон устойчив к огню и стал одним из самых распространенных строительных материалов в мире.
