Материалы для горной крепи

Крепежные материалы делятся по следующим признакам:

1. По использованию и конструкции крепи:

а) на основные, применяемые в несущих элементах конструкции (металл, бетон, дерево и др.);

б) вяжущие, служащие для приготовления растворов (цемент, полимеры и пр.);

в) вспомогательные (водоизоляционные материалы, химические реагенты и др).

2. По сроку службы:

а) на долговечные (бетон, металл и др.);

б) недолговечные (дерево).

Дерево как крепежный материал весьма широко используется при креплении горно-разведочных выработок. Его достоинства – простота изготовления элементов крепи, невысокая трудоемкость, доступность заготовки крепи, относительно невысокая первоначальная стоимость.

Сопротивление древесины механическим воздействиям зависит от породы древесины, ее влажности, наличия пороков. Для изготовления крепи необходимо применять сухой лес, так как он обладает более повышенными прочностными свойствами. При отклонении влажности от стандартной (12%) предел прочности определяется по формуле

R12=Rω[1+α(W+12)],

где R12предел прочности при 12% влажности, МПа; Rω – предел прочности при влажности W, %; W – влажность испытуемой древесины, %; α – градиент (коэффициент) на каждый процент влажности (для сосны при сжатии и изгибе α = 0,04, т.е. изменение прочности составляет 4% на 1% изменения влажности).

Абсолютная влажность определяется по формуле

где m1 – масса образца влажной древесины, г; m2 − масса образца абсолютно сухой древесины, г.

Абсолютную влажность определяют взвешиванием или электрическим способом по электропроводности специальным прибором – электровлагомером.

Различают мокрую древесину (W> 100%), которая находилась в воде; свежесрубленную (50–100%); воздушно-сухую, долгое время пролежавшую на воздухе (15–20%); абсолютно сухую (0%).

Пороки древесины: сучки, трещины, пороки формы ствола, пороки строения древесины, грибковые поражения, инородные включения, механические повреждения и др.

Пороки формы ствола образуются в результате изменений условий роста дерева, механических повреждений или заболеваний. К ним относятся: сбежистость − резкое уменьшение диаметра ствола от корня к вершине; закомелистость – резкое увеличение диаметра в нижней части ствола; кривизна − искривление ствола по длине; наросты на стволе. Пороки древесины представлены на рис. 25, а. Морозобоины, или морозовинные трещины – образуются от замерзания воды в трещинах, возникающих от мороза или удара падающих деревьев.

Метик – радиальные трещины внутри дерева, образующиеся от раскачивания дерева, часто имеют следы загнивания. Сердцевидные трещины отличаются от метика отсутствием следов гниения.

Отлупыконцентрические трещины, образующиеся от раскачивания дерева или удара.

Косослой – расположение волокон по винтовой линии, резко ухудшает свойства древесины.

Свилеватость – волнообразное расположение волокон, уменьшает прочностные свойства древесины и ее обрабатываемость.

Крень, или односторонняя твердостойкость, – древесина более твердая с одной стороны.

Пороки, связанные с болезнью волокон или гнилью, обязаны своим происхождением различного рода грибкам. Гниль, разрушая древесину, резко уменьшает ее прочностные свойства и делает ее непригодной для применения. Чтобы предотвратить поражение грибками и увеличить срок службы древесины, ее сушат или пропитывают антисептиками. Антисептики подразделяются на водорастворимые, маслянистые, растворимые в органических растворителях.

Рис. 25. Древесина: а – пороки древесины: 1 – морозобоина; 2 – метик согласный;

3 – метик несогласный; 4 – сердцевидные трещины, 5 – отлупы;

6 – крень; 7 – косослой; 8 – свилеватость;

б – виды пиломатериалов: 9 – двухкатный брус; 10 − трехкатный брус;

11 – четырехкатный брус; 12 – необрезная доска; 13 – чистообрезная доска;

14 – обрезная доска с тупым обзолом; 15 − то же с острым обзолом; 16 – брусок;

17 − обапол (горбыль); 18 − обапол дощатый; 19 − шпала необрезная;

20 − то же обрезная; 21 – пластины; 22 – четвертины;

23 – доски шпунтованные; 24 – то же фальцевые

Из водорастворимых антисептиков наиболее распространенными являются фтористый натрий (NaF), кремнефтористый натрий (Na2SiF6) и пентохлорфенолят натрия. Применяется 3–6% водный раствор. Из масло- и органикорастворимых антисептиков более распространен пентахлорфенол, он хорошо растворяется в растворителях нефтяного происхождения, очень токсичен. Пропитка антисептиками элементов деревянной крепи может быть произведена по способу горяче-холодной ванны или под давлением в автоклавах. При первом способе в раствор температурой около 95° помещают элементы крепи и после выдержки подают холодный раствор. Второй способ – в автоклаве с крепежным материалом создают вакуум (давление 0,0074 МПа), после выдержки подают раствор антисептика и давление повышают до 0,7 МПа и более.

Крепежный материал с червоточиной, гнилью, трещинами свыше 1/3 диаметра не применяется. Он подразделяется на бревна (диаметр 12 см и более, длина 2−9 м), подтоварник (диаметр 8−11 см, длина 3−9 м), жерди (диаметр 3−7 см, длина 6−10 м), брусья, пластины, доски, горбыли (обапол), рис. 25, б.

Металл для крепления выработок применяется в виде стальных прокатных профилей СВП, двутавров, швеллеров, а в отдельных случаях – железнодорожных рельсов. Арматурная сталь гладкая и периодического профиля используется в сборных и монолитных железобетонных крепях, в анкерных крепях и при изготовлении металлической решетчатой затяжки. Арматурная горячекатаная сталь применяется классов A-I, A-II, A-III и др. Стержни арматурной стали класса A-I – круглые, гладкие, a A-II, A-III, A-IV – периодического профиля.

Металлическая тюбинговая крепь изготовляется из серого чугуна.

Сталь как крепежный материал обладает многими важными свойствами – высокой прочностью, широкими конструктивными возможностями, достаточно высокой долговечностью, возможностью повторного использования и др.

Для получения искусственных каменных материалов используют различные вяжущие вещества – чаще всего цементы, иногда синтетические смолы. Вяжущими веществами называют тонко измельченные естественные или искусственные материалы, которые при смешивании их с водой образуют пластическую массу, постепенно превращаясь в твердое тело. Они подразделяются на четыре основные группы: неорганические, или минеральные (цемент, гипс, известь, магнезиальные, жидкое стекло и др.); органические (битумы, дегти, эмульсии или пасты из них); полимерные (смолы термопластичные или термореактивные), комплексные (смешанные, компаундированные, комбинированные). Вяжущие вещества разделяются на воздушные, затвердевающие только на воздухе, и гидравлические, затвердевающие как на воздухе, так и в воде.

Для горной крепи применяют только гидравлические вяжущие вещества и чаще всего портландцемент. Его получают путем совместного помола портландцементного клинкера с гипсовым камнем (3–5% для регулирования сроков схватывания) или другими добавками (доменный гранулированный шлак, нефелиновый шлам, опока, поверхностно-активные вещества). Клинкер состоит из трехкальциевого силиката – алита (3СаО·SiO2, − условно С3S), двухкальциевого силиката − белита (2СаОSiO, или C2S), трехкальциевого алюмината (3СаО·Аl2O3,или С3А), четырехкальциевого алюмоферрита (4СаО·А12О3·Fe2O3, или C4AF). Содержание этих минералов: алита – 40–65%, белита – 20–30%, алюмината – 4–14%, алюмоферрита – 10 −18%. Клинкер перемалывается. Плотность 3,05–3,15 кг/м3.

В горном деле наибольшее распространение получил портландцемент, выпускаемый четырех марок: 300, 400, 500 и 600 (ГОСТ 10173–75). Марка цемента характеризует предел прочности на сжатие образцов, изготовленных из раствора состава 1:3 (одна по массе часть цемента и три части песка) при водоцементном отношении В/Ц f = 0,4. Для сокращения сроков схватывания к цементу добавляют специальные добавки (хлористый кальций, хлористый натрий, хлоралюмокальций и др.) в количестве 1,5−5% по массе.

Разновидности портландцемента: портландцемент с активными минеральными добавками, с минеральными добавками, пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент и специальные (быстротвердеющий, особотвердеющий, пластифицированный, гидрофобный, сульфатостойкий, алинитовый, белый, цветной).

Портландцемент с минеральными добавками получают путем совместного измельчения портландцементного клинкера, минеральных добавок (не более 20% массы цемента) и гипса CaSO4·2H2O. Он отличается несколько замедленным набором прочности в ранние сроки твердения, не рекомендуется к применению в бетонных конструкциях, где требуется высокая морозостойкость.

Пуццолановый портландцемент (ГОСТ 22266–76) получают совместным помолом цементного клинкера, активной минеральной добавки (вулканического происхождения – 25–40% и осадочного – 20–30% от массы цемента) и двуводного гипса (3–5%) при тщательном смешивании готовых порошков. Выпускают его двух марок: 300 и 400. При твердении он выделяет меньше тепла, чем портландцемент, что позволяет широко использовать его при бетонировании больших массивов. Бетоны на этом цементе обладают повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, их применяют в бетонных и железобетонных подземных и подводных конструкциях, подвергающихся воздействию мягких пресных и сульфатных вод. Однако он неморозостоек.

Шлакопортландцемент получают измельчением портландцементного клинкера, гипса и доменного гранулированного шлака в количестве 20–60% массы цемента для марки 400 и 500 и до 80% − для марки 300. По сравнению с портландцементом он характеризуется более медленным твердением (до 30 сут), особенно при пониженной температуре. Обладая хорошей сцепляемостыо с арматурой и более низкой стоимостью (на 15–20%), шлакопортландцемент может применяться для изготовления железобетонных изделий, эксплуатируемых в горячих цехах, гидротехнических сооружениях, подвергающихся сульфатной агрессии, в кладочных и штукатурных растворах.

Разновидностью его является быстротвердеющий шлакопортландцемент марки 400, характеризующийся интенсивным нарастанием прочности в начале твердения.

Быстротвердеющий портландцемент (БТЦ) марок 400 и 500 отличается более интенсивным нарастанием прочности в первые трое суток твердения за счет повышенного содержания клинкерных материалов (C3S + С3А) до 60–65%, а также более высокой тонкости помола. БТЦ применяется для уменьшения тепловлажностной обработки цементных бетонов, изготовления сборных высокопрочных, обычных и предварительно напряженных железобетонных конструкций, ускорения темпов строительства, зимнего бетонирования. Разновидностью БТЦ является особобыстротвердеющий портландцемент (ОБТЦ) марок 600 и 700, характеризующийся большой скоростью твердения и высокой прочностью. Более целесообразно использование этих цементов при возведении зданий и сооружений из монолитного бетона, а также при ремонтных работах.

Пластифицированный портландцемент (ППЦ) получают тонким измельчением портландцементного клинкера совместно с гипсом и пластифицирующей добавкой – сульфитно-дрожжевой бражкой (СДБ) в количестве 0,25% массы цемента.

Гидрофобный портландцемент (ГПЦ) получают помолом портландцементного клинкера совместно с гипсом и 0,1–0,2% гидрофобизирующей (водоотталкивающей) добавки: мылонафта, асидола, синтетических жирных кислот, окисленного петролатума и других поверхностно-активных органических веществ. Применяют гидрофобный и пластифицированный цемент наравне с обычным портландцементом, в том числе для конструкций, работающих в условиях циклического замораживания и оттаивания, а также при перевозке бетонных и растворных смесей на большие расстояния.

Сульфатостойкий портландцемент (СПЦ) (ГОСТ 22266–76) марки 400 имеет нормированный минералогический состав клинкера: C3S – не более 50%, С3А – не более 5%, С3А + C4AF – не более 22%, MgO – 5%. Введение в цемент инертных и активных минеральных добавок не допускается. Сульфатостойкий портландцемент применяют для изготовления конструкций гидротехнических и других сооружений, подвергающихся агрессивному воздействию сульфатных вод и работающих в условиях многократного замораживания и оттаивания в пресной и слабоминеральной воде.

Алинитовый портландцемент получают из сырья, аналогичного портландцементу, с добавкой в смесь СаСl2. Клинкер после обжига измельчают совместно с гипсом (2,5–3,5% массы цемента). Одними из основных минералов клинкера являются алинит (хлорсиликат кальция 60–80%) и хлоралюминат кальция. Активность алинитового цемента 40–50 МПа. Преимуществом алинитового цемента перед портландцементом являются пониженный расход энергии при обжиге сырья (температура обжига 1100° С против 1400°С для портландцемента), а также ускорение в 3 раза размола клинкера. К недостаткам его относятся несколько пониженная морозостойкость бетонов и коррозия арматуры под влиянием ионов хлора.

Белый (ГОСТ 965–78) и цветные (ГОСТ 15825–80) портландцементы изготовляют путемсовместного помола белого маложелезистого клинкера, минеральных добавок и гипса. Белый клинкер получают обжигом на беззольном (газовом) топливе чистых известняков, мраморов и белых глин. Применяют белый и цветные портландцементы как вяжущие для архитектурно-отделочных работ, облицовочного слоя крупных панелей и блоков, скульптурных работ и для изготовления искусственного мрамора.

К специальным цементам, отличающимся от цементов, изготовленных на основе портландцементного клинкера, относятся глиноземистый цемент и комплексные вяжущие (смешанные цементы) – расширяющиеся и безусадочный, гипсоцементно-пуццолановые и шлакощелочные вяжущие вещества, кислотоупорный цемент.

Глиноземистый цемент (ГОСТ 969–77) – быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее, получаемое тонким измельчением клинкера после обжига до плавления или спекания сырьевой смеси, богатой глиноземом (бокситы и известняки). Минералогический состав глиноземистого цемента характеризуется большим содержанием низкоосновных алюминатов кальция, главным образом СаО·А12О3. Твердение глиноземистого цемента происходит быстро и сопровождается большим тепловыделением, он имеет высокую прочность и химическую стойкость. Цвет глиноземистого цемента серо-зеленый, коричневый или черный, плотность в рыхлом состоянии 1000–1300, а в уплотненном − 1600–1800 кг/м3, тонкость помола выше, чем у портландцемента, начало схватывания не ранее 30 мин, конец – не позднее 12 ч. Марки глиноземистого цемента 400, 500 и 600 устанавливаются в возрасте трех суток. Применяется он для получения быстротвердеющих и жаростойких бетонов и растворов, а также при срочных аварийных и ремонтных работах и зимнем бетонировании. Бетоны на глиноземистом цементе водонепроницаемы, стойки в условиях пресных и сульфатных вод и морозостойкости. Применение этого цемента ограничено его высокой стоимостью. Не рекомендуется использовать его в массивных сооружениях, подвергать пропариванию, смешивать с портландцементом.

Водонепроницаемый расширяющий цемент (ВРЦ) – быстросхватывающееся и быстротвердеющее гидравлическое вяжущее, получаемое путем совместного помола или смешивания глиноземистого цемента, гипса и высокоосновного гидроалюмината кальция. Расширяющее воздействие оказывает минерал эттрингит (3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O), образующийся при воздействии цемента с водой. ВРЦ применяют для зачеканки и гидроизоляции швов тюбингов, раструбов труб, замоноличивания стыков и трещин в железобетонных конструкциях, заделки фундаментных болтов и подливки под оборудование. Не рекомендуется применять ВРЦ в конструкциях, эксплуатирующихся при температуре выше 800 С.

Водонепроницаемый безусадочный цемент (ВБЦ) имеет свойства и область применения, аналогичные ВРЦ, но отличается составом. В нем гидроалюминат кальция при смешивании компонентов заменен гашеной известью.

Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент (ГТРЦ) получают совместным помолом высокоглиноземистого клинкера (70%) и природного гипса (30%). Он имеет более удобные для производства сроки схватывания: начало – не ранее 20 мин, конец – не позднее 4 ч. Применяют для получения безусадочных и расширяющихся растворов, бетонов, штукатурок, для гидроизоляции шахт, подвалов, заделки различных швов и т.п.

Расширяющийся портландцемент (РПЦ) – продукт совместного помола портландцементного клинкера (60–65%), высокоглиноземистого шлака или глиноземистого клинкера (5–7%), гипса (7–10%) и активной минеральной добавки. Применение добавки позволяет ускорить образование кристаллов эттрингита до схватывания цемента, что обеспечивает расширение теста и растворов в пластическом состоянии. По прочности РПЦ имеет марки 400,500 и 600, начало схватывания – не ранее 30 мин, конец – не позднее 12 ч, применяют для высокопрочных бетонных и железобетонных конструкций, безусадочных расширяющихся бетонов и растворов.

Напрягающий цемент (НЦ) получают совместным помолом портландцементного клинкера (65–70%), глиноземистого цемента (13–20%) и гипса (6–10%). Начало схватывания составляет 4–7 мин, конец – 4–7 мин. Замедлители схватывания: СДБ и винно-каменная кислота. Применяется для изготовления предварительно напряженных железобетонных изделий. Натяжение арматуры происходит одновременно с расширением самого цементного камня.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество (ГЦПВ) получают смешением строительного или высокопрочного полуводного гипса (50–75%), портландцемента (15–25%) и минеральной добавки (10–25%).

Вместо портландцемента в смеси возможно применение пуццоланового портландцемента с активной добавкой или шлакопортландцемента. ГЦПВ имеет марки 100 и 150, характеризуется быстрым твердением и повышенной водостойкостью.

Шлакощелочной цемент представляет собой гидравлическое вяжущее, получаемое путем тонкого измельчения гранулированного шлака совместно с малогигроскопичным щелочным компонентом или затворением молотого шлака растворами соединений щелочных металлов (натрия, лития или калия). Важным свойством шлакощелочного цемента является возможность получения высококачественных растворов с местными некондиционными заполнителями, содержащими до 20% пылеватых и 5% глинистых частиц: щебни слабых пород, отходы камнепереработки, отвальные шлаки, мелкие местные пески, супеси, легкие суглинки. Прочность такого цемента превышает в 1,5–2 раза прочность портландцемента. Шлакощелочной цемент обладает повышенной водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, стойкостью во многих коррозионных средах, биостойкостью, способностью твердеть при отрицательных температурах, хорошей адгезией к стали, жаростойкостью. Применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных изделий, в гидротехническом и дорожном строительстве.

Кремнийорганический силикатный кислотоупорный цемент (КСКЦ) получают смешиванием или совместным помолом равных долей кремнийоргсиликата и кварцевого песка с добавлением вяжущего – жидкого натриевого или калиевого стекла (10% общей массы). В качестве катализатора и ускорителя твердения применяют кремнефтористый натрий, кремнефтористый алюминий или этилсиликат-32 (эфир ортокремниевой кислоты). Кремнийоргсиликат, входящий в состав КСКЦ, представляет собой продукт гидролиза жидкого стекла и тетраэтоксисилана в соотношении 1:1. В качестве наполнителя вместо кварцевого песка могут использоваться порошки маршаллита, андезита, диабаза, кварцита. Кислотоупорный цемент применяют для изготовления кислотостойких растворов, бетонов, замазок. Бетон с применением кислотостойких заполнителей (кварцевый песок, гранит, андезит) имеет прочность при сжатии 50–60 МПа. Изделия из него устойчивы в среде минеральных и органических кислот (кроме фтористо-водородной, кремнефтористо-водородной и фосфорной), но теряют прочность в воде, а в едких щелочах разрушаются.

Раствор – это смесь вяжущего с мелким заполнителем, растворенная водой и перемешанная, бетон – это искусственный каменный материал, содержащий вяжущее, мелкий и крупный заполнитель и воду. В качестве заполнителя применяют песок, гравий или щебень. Состав бетона обозначается 1:А:Б, где 1 – одна по массе часть цемента, А – часть по массе песка, Б – часть по массе гравия или щебня. Для горной крепи наиболее часто применяют бетоны составов (1:А:Б) 1:2:3; 1:3:5; 1:4:6.

Бетоны в зависимости от типа заполнителя разделяются на плотные (тяжелые) и пористые (легкие). Для горной крепи применяют обычно плотные бетоны (2,2–2,3 т/м3).

По расходу цемента различают бетоны жирные, средние и тощие. В первых на 1 м3 бетона расходуется больше 250 кг цемента, во вторых – от 200 до 250 кг, в третьих – меньше 200 кг. Для горной крепи применяют жирные и средние бетоны.

По консистенции бетонные смеси разделяют на жесткие, пластичные и литые. Жесткие смеси содержат 6–6,5% воды (130–170 л/м3) от массы сухой смеси. При укладке они требуют вибрирования или трамбования. Пластичные бетоны содержат 6,5–8% воды (170–230 л/м3) и хорошо укладываются при слабом трамбовании. В литых бетонах – 8–12% воды (более 230 л/м3), они свободно растекаются и укладываются в опалубки. Для изготовления горной крепи применяют жесткий бетон.

Таблица 29

Признак классифи- кации Классификация бетонов Область применения  
 
1. По структуре а) Бетоны плотной структуры, у которых пространство между зернами заполнителя крупного и мелкого или только мелкого) занято затвердевшим вяжущим, при проценте межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси не свыше 6 б) Крупнопористые (малопесчаные и беспесчаные) бетоны, у которых пространство между зернами крупного заполнителя не полностью занято мелким заполнителем и затвердевшим вяжущим в) Поризованные бетоны, у которых пространство между зернами заполнителя занято затвердевшим вяжущим, поризованным пено- и газообразователями, воздухововлекающими добавками при проценте межзерновых пустот в уплотненной бетонной смеси свыше 6 г) Ячеистые бетоны – бетоны с искусственно созданными парами, состоящие из смеси вяжущего (цемента, извести или молотого шлака) и кремнеземистого компонента (молотого песка или золы) В несущих и ограждающих конструкциях; в конструкциях, к которым предъявляются требования по водонепроницаемости, повышенной морозостойкости и т.п.     Только для бетонных конструкций, воспринимающих сжимающие усилия (блочных и монолитных стен и др.)  
  Только для ограждающих конструкций  
  Преимущественно для ограждающих конструкций, а также для теплоизоляции  
  2. По объем-ному весу Особо тяжелые – (V > 2500 кг/м3)   Тяжелые – (2200< V <2500 кг/м3) Облегченные − (1800< V <2200 кг/м3) Легкие – (500<V<1800 кг/м3)   Особо легкие − (V<500 кг/м3) В конструкциях для защиты от излучения Во всех несущих конструкциях Преимущественно в несущих конструкциях Преимущественно в ограждающих конструкциях (при объемном весе до 1600 кг/м3),в несущих конструкциях (до 1200 кг/м3) В качестве теплоизоляции
             

Продолжение табл. 29

 
  3. По виду вяжу-щих Цементные (а) Во всех случаях, если этому не противоречат требования позиции 3д
    Силикатные (на известковом вяжущем) (б) Только для сборных бетонных и железобетонных элементов заводского изготовления
  На гипсовом вяжущем (в) Для внутренних ограждающих конструкций
  На смешанных вяжущих (известково-цементных, известково-шлаковых, цементно-известково-шлаковых и т.д.) (г) Только для бетонных изделий и конструкций
  На специальных вяжущих (органических и неорганических) (д) При наличии особых требований (например, жаростойкости, химической стойкости, расширения бетона и т.п.)
4. По виду заполнителя а) На плотных заполнителях б) На пористых заполнителях в) На специальных заполнителях, удовлетворяющих специальным требованиям (биологической защиты от излучений, жаростойкости, химической стойкости и т.п.) Для тяжелых бетонов Для легких и облегченных бетонов Для особо тяжелых бетонов, жаростойких бетонов и т.п.  
5. По зерновому составу заполнителей а) Крупнозернистые – с крупным и мелким заполнителем б) Мелкозернистые – только с мелким заполнителем В большинстве случаев   В армоцементных конструкциях; для заполнения швов в сборных конструкциях; для защиты от коррозии и обеспечения сцепления с бетоном напрягаемой арматуры, расположенной в каналах, пазах на поверхности конструкций; взамен крупнозернистого бетона при наличии технико-экономических преимуществ  
6. По условиям твердения а) Естественное твердение Преимущественно в летних условиях для монолитных конструкций, изготовляемых на полигонах  
б) Подвергнутые тепловой обработке при атмосферном давлении В элементах сборных конструкций заводского изготовления; в монолитных конструкциях, возводимых при низкой температуре окружающей среды  
в) Подвергнутые автоклавной обработке Преимущественно в конструкциях заводского изготовления из силикатных, ячеистых и мелкозернистых бетонов  
             

Для получения 1 м3 бетона состава 1:А:Б количество составных частей определяется по формулам:

Ц = 1ρц/[β(1+А+В)]; П = А/[β(1+А+Б)]; Щ = Б/[β(1+А+В)],

где Ц – количество цемента; П – песка; Щ – щебня (гравия); β = 0,6 – коэффициент выхода бетона; ρц = 1300 кг/м3 – плотность цемента.

Строительные нормы и правила (СНиП) устанавливают для тяжелого бетона основные марки − 100, 200, 300, 400, 500 и 600 (цифры – предел прочности на сжатие кубика 15x15x15 см в возрасте 28 сут, твердеющего при температуре 15−20°С и относительной влажности воздуха 90−100 %. Классификация и область применения бетона представлены в табл. 29.

Торкрет-бетон состоит из цемента (с расходом до 750 кг на 1 м3 смеси), песчано-гравийного заполнителя с крупностью зерен до 5 мм и воды. Торкрет-бетон наносят слоями толщиной 2–3 см на укрепляемую поверхность с помощью цемент-пушки под давлением сжатого воздуха 0,2–0,3 МПа. Прочность, плотность, водонепроницаемость, сцепление с породой и арматурой у торкрет-бетона выше, чем у обычного.

Набрызгбетон в отличие от торкрет-бетона содержит более крупный заполнитель (до 25 мм) и ускоряющие твердение добавки. Расход цемента в нем не превышает 400–450 кг на 1 м3 смеси. Приблизительный его состав 1:А:Б = 1:2:2. В качестве ускоряющих твердение добавок применяют фтористый натрий (NAF), ОЭС − тонкомолотый алюминиевый спек в количестве 2–5% массы цемента. Набрызгбетон наносят на поверхность слоями по 5–7 см (суммарно до 20−30 см) с помощью пневматической набрызгмашины.

Пластбетон, содержащий в качестве вяжущего синтетические смолы(фурфуролацетоновая, мочевино-формальдегидная, эпоксидная и др.) в комбинации с добавками (бензол-сульфокислота, полиэтиленолиамин и др.), характеризуется высокой прочностью при сжатии, растяжении и изгибе (соответственно 40−70, 5−6 и 10−12 МПа), химической стойкостью против агрессивных вод и высокой водонепроницаемостью.

Железобетоном называют материал, в котором бетон и стальная арматура работают совместно. Благодаря этому железобетонные конструкции способны нести значительные сжимающие, изгибающие, а в некоторых случаях и растягивающие нагрузки.