Что такое бетон в строительстве

В этой небольшой статье я хотел бы рассказать об основных свойствах и характеристиках бетона, его укладке, сроках схватывания и других потребительских качествах этого незаменимого в строительстве материала. Мне не хотелось бы молоть воду в ступе и цитировать здесь энциклопедические данные про бетон, которые Вы могли бы без труда найти в любой статье, кои копируются с сайта на сайт в большом количестве, и с практической точки зрения — малополезны. Терминология и построение текста подобных повествований способны ввести в заблуждение даже людей, знающих предмет разговора. Я когда-то пытался почерпнуть какую-либо нужную информацию про бетон, но чаще сталкивался либо с суконным языком ГОСТов, либо вот с такими экзерсисами. Мне, как практикующему строителю, хотелось бы рассказать о самом необходимом, и конечно, я постараюсь это сделать простыми словами: без «конгломератного строения камнеподобных материалов разливных форм»

Быстрая навигация по разделу:

Основные компоненты и пропорции. Из чего состоит бетонная смесь. Классы и марки прочности. Пробы, кубики, контроль. Удобоукладываемость, осадка конуса, литой бетон.

Коэффициент морозостойкости F. Коэффициент водонепроницаемости W. Сроки схватывания, зимнее бетонирование.

Состав бетона.

Как узнать марку бетона в конструкции? #строительство #стройка #дом #коттедж #лайфхаки #бетон

Готовая бетонная смесь, она же товарный бетон — подвижный состав из четырёх основных компонентов, замешиваемых в определенной пропорции: цемент, щебень, песок, вода. Аналогичная смесь, но без использования щебня, называется цементным раствором либо пескобетоном, правда в пескобетоне применяется песок более крупной фракции (модуль крупности). Весовое соотношение компонентов для приготовления бетонной смеси примерно таково: Цемент -1 часть, Щебень 4 части, Песок — 2 части, Вода — 1/2 части. Например: цемент — 330 кг., щебень — 1250 кг., песок — 600 кг., вода — 180 литров. Естественно, эти цифры весьма приблизительны и на деле зависят от многих факторов таких как: требуемая марка бетона, марка цемента, характеристики щебня и песка, использования пластификаторов других добавок, и т.д. и т.п.
Например: при использовании цемента м-400, бетон с таким составом покажет марку м-250. При цементе м-500, марка бетона будет уже м-350. Цифры условны! При производстве бетона на бетонном заводе, учитывается не один десяток параметров и характеристик.

Цемент и вода — главные компоненты бетона. Собственно на них возложена основная функция — связать все компоненты в единую монолитную структуру. Соблюдение правильной пропорции этих двух компонентов (водоцементное отношение) — главнейшая задача в производстве бетона. Речь ведь не только о количестве воды и цемента, введённых в бетон. С этим, как раз, всё просто.

Важно учесть все нюансы: влажность щебня и песка, их влагопоглощение и т.д. и т.п. Цемент, взаимодействуя с водой (гидратация цемента), способен схватываться и твердеть, образуя так называемый цементный камень. Многие наверно сталкивались с этим самым камнем, когда откупоривали мешок цемента, оставшийся лежать в сарае с прошлого лета 🙂 Ну и что же получается.

Цемент и вода — сами себе камень. Как-будто — вполне самодостаточный материал. А вот и нет. Цементный камень при затвердевании деформируется. Объемная усадка достигает 2 мм/м. Вроде и не много, но из-за неравномерности этих усадочных процессов, возникают внутренние напряжения, появляются микротрещины.

Эти микротрещины практически не видны, но прочность и долговечность цементного камня снижается. Для того, чтобы уменьшить эти деформации, в состав вводят заполнители:

• Крупные заполнители: щебень
• Мелкие заполнители: песок

Роль этих заполнителей — создать структурный каркас, который воспринимает усадочные напряжения, и в результате — готовый бетон даёт меньшую усадку. Также увеличивается прочность и модуль упругости бетона (снижение деформаций конструкции под нагрузкой), уменьшает ползучесть (когда бетон необратимо деформируется при длительных нагрузках). Заполнители существенно удешевляют бетон. Ведь цемент стоит значительно дороже чем щебень и песок.

В начале статьи Вы читали о примерных пропорциях основных компонентов бетонной смеси. Давайте теперь переведём весовые доли в объемные и посчитаем:

• Цемент 0.25 куб.м (330 кг. Насыпная плотность цемента в среднем 1300 кг на куб.м)
• Вода 0.18 куб.м. (180 литров. Литры, они и в Африке литры)
• Щебень 0.9 куба (1250 кг. При насыпной плотности 1350 кг на куб.м.)
• Песок 0.43 куба (600 кг. При насыпной плотности 1400 кг/куб.)

Итого, если всё разложить и разлить по разным посудинам, мы получим общий объем 1.76 кубометра! Как же это всё помещается в один куб бетона. Просто. Берём литровую банку и засыпем её щебёнкой по горлышко. Между отдельными зернами будет много свободного места (межзерновая пустотность).

И вот эту саму пустотность мы засыпаем двумя стаканами песка, одним стаканом цемента, и стаканом воды, при этом, потряхивая и помешивая. И всё влезет! В результате подобных манипуляций мы получаем совершенно плотную субстанцию. Все поры заполнены, все заполнители упёрлись друг в друга. Если бетон не шевелить и не трогать, он довольно быстро начинает твердеть (застывать).

При вибрировании, перемешивании, бетон снова переходит в пластичное состояние. (тиксотропия). Как Вы только от него отстанете — он снова начнёт превращаться в плотную упругую массу.

Пожалуй, ещё несколько строк о крупном заполнителе (щебне).

Прочность (марка) щебня должна быть примерно в 2 раза больше, нежели расчётная марка бетона. Делается это из-за того, что проектная (28 суточная) марка бетона — всегда значительно ниже, чем его реальная прочность, которую он наберёт через полгода или год. Прочность же щебня — не растёт со временем. Вот их и нивелируют.

В любом случае, всё это делается в виде не нормируемого проектными требованиями запаса прочности. Как говорится — на всякий пожарный. Вот выкладка из ГОСТ 26633-91, про соотношение марки щебня и марки бетона.

Совсем кратко об основных видах щебня.

• Известняк. Средняя прочность (марка) 500-600. Отдельные виды известняковых наполнителей (до 800) вполне пригодны чтобы изготовить бетон вплоть до марки М-350, но в виду более низкой морозостойкости, известняк как правило используют для производства бетонов марок м-100 — м-300.
• Гравий. Прочность основных видов гравия (800-1000) достаточна для изготовления марки бетона вплоть до М-450. (обычно, не выше м-400) Самый распространённый вид наполнителя. Обладает всеми хорошими качествами, необходимыми для получения большинства бетонных смесей. Для индивидуального строительства я выбрал бы его. Бетон на гравии — дешевле. Для тех марок бетона, которые используют в частном строительстве — прочность более чем достаточна. Да и радиационный фон меньше чем у гранита.
• Гранит. Наиболее прочный из перечисленных наполнителей. Из дополнительных преимуществ перед предыдущими имеет более высокие показатели (м до 1400), низкое водопоглощение и в следствие этого — повышенную морозостойкость. Например, при строительстве дорог, современными ГОСТ-ами разрешено использовать только гранитный щебень.

Конечно, не всё так просто со щебнем. Есть ещё много нюансов, вносящих свои коррективы: лещадность, % зерен слабых пород и т.д. и т.п. Но об этом, как-нибудь в следующий раз.

Во всех информационных материалах, прайс-листах и т.д. бетон указывается с цифровым и буквенным индексом. Обязательно указываются марка М-, класс В-, подвижность П-, водонепроницаемость W-, морозостойкость F-. Давайте вкратце расскажу про каждый из этих параметров.

Прочность, марка, класс бетона. Методы определения. Контрольные пробы.

Выбор и покупка конкретного вида и марки (класса) бетонной смеси определяется Вашим проектом. Если проекта нет, то можно доверится рекомендациям Ваших строителей. Они могут посоветовать бетон той или иной марки или класса. Если у Вас есть некоторые сомнения в компетентности Ваших строителей, можно попытаться разобраться самостоятельно.

Цифры марки бетона (м-100, м-200 и т.д) обозначают (усреднённо) предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. Проверку соответствия необходимым параметрам осуществляют сжатием специальным прессом кубиков или цилиндров, отлитых из пробы смеси, и выдержанных в течение 28 суток нормального твердения.

В современных проектах бетон обозначается в классах. В общем и целом, класс бетона — параметр сродни марке, но с небольшими нюансами: в марках используется среднее значение прочности, в классах — прочность с гарантированной обеспеченностью с коэффициентом вариации 13%. Впрочем, для Вас это не имеет какого-либо значения.

Не буду Вам морочить голову с коэффициентами вариации прочности, и прочими техническими нюансами. В проектной документации, если она у Вас конечно имеется, должно быть указано: бетон какого класса должен использоваться. В соответствии со СТ СЭВ 1406, все современные проектные требования к бетону указываются именно в классах. Уж не знаю — насколько это соблюдается, потому как 90% строительных организаций почему-то заказывают бетон в марках :-).

Для Вас главное — чтобы привезённый Вам бетон соответствовал той марке, которую Вы собственно заказывали. Проверить конечно можно, но не сразу. Что стоит сделать.

При разгрузке бетона, взять пробу и отлить пару-тройку кубиков размером 10х10х10 см. или 15х15х15 см. Для этого можно сколотить из дощечек специальные формы нужного размера. Перед тем как залить бетон в формы, ящички желательно увлажнить, дабы сухое дерево не забрало много влаги из бетона, тем самым отрицательно воздействуя на процесс гидратации цемента.

Залитую смесь необходимо проштыковать куском арматуры или чем-то подобным: потыкать в смесь, как толкут картошку пюре, чтобы в залитой пробе не образовались незаполненные места (раковины), вышел лишний воздух, и смесь уплотнилась. Так же можно уплотнить смесь ударами молотка по бокам ящичков. Отлитые кубики храните при средней температуре (около 20 градусов) и высокой влажности (около 90%).

Через 28 дней Вы можете с чистой совестью принести всё это великолепие в любую независимую лабораторию. Вам там всё это подавят и вынесут вердикт — соответствует ли бетон заявленной марке или не соответствует. Впрочем, не обязательно ждать 28 дней, для этого существуют промежуточные стадии твердения в возрасте 3, 7, 14 суток. В течение первых 7 дней бетон набирает около 70% расчётной прочности (естественно при условии нормальной температуры) В сырое и холодное время года сроки схватывания бетона и период его твердения существенно увеличиваются.

Какие нюансы могут возникнуть при заборе и хранению проб-кубиков:

• Не разбавляйте бетон водой в автобетоносмесителе.
• Берите пробы непосредственно с лотка бетоносмесителя.
• Тщательно уплотняйте бетонную смесь в формах штыкованием (картошка-пюре)
• Храните пробы в надлежащих условиях: не на солнце и не на печке :-)) Лучше в прохладном подвале, или просто в тени.

Вот и всё про кубики. Если Вы вдруг забыли взять пробы, а знать, что у Вас всё в порядке хотелось бы, — обратитесь в независимую лабораторию, которая может провести замер прочности на месте. Для этого существуют так называемые неразрушающие методы исследования прочности: проверка методами ударного импульса прибором склерометром. В народе называется — простучать бетон. Так же используются ультразвуковые и иные методы определения прочности.

Переходим к другим важным параметрам бетона. А именно:

Удобоукладываемость, подвижность, осадка конуса.

Все эти термины, в общем, говорят об одном и том же. Обозначение в накладных и паспортах бетонной смеси в виде буквы П с коэффициентом от 1 до 5 ( пример: П-3) либо так: осадка конуса 10-15 см. Для практического применения важно знать следующее:
Для стандартных монолитных работ применяется бетон подвижности П-2 — П-3. При заливке густоармированных конструкций, узких опалубок, колонн и прочих подобных узких полостей, труднодоступных для заполнения бетоном, желательно использовать бетон с подвижностью п-4 и выше (осадка конуса 16-21 см). Подобная бетонная смесь может называться — литой бетон. (в эпоху развитого социализма литым считался бетон с осадкой конуса от 12 см.- чуть больше чем п-2) Подобные виды бетонной смеси хорошо переносят укладку в опалубку, без использования вибратора. Аналогичную подвижность бетона стоит выбрать, если для укладки бетонной смеси используется бетононасос

Для облегчения заливки и при отсутствии на объекте вибраторов, прорабы и строители зачастую увеличивают подвижность, разбавляя бетон в бетоносмесителе водой, что делать категорически не стоит! Ибо, водоцементное отношение — одна из ключевых пропорций, от которой напрямую зависит окончательная прочность бетона. Причём, даже незначительное разбавление смеси водой способно существенно снизить прочность на одну-две марки. Бетон расчётной марки м300, в результате разбавления водой, может легко показать м100 м200.

Увеличение подвижности бетонной смеси до показателей П4, П5, осадка конуса более 16 см. достигается исключительно за счёт применения на заводе добавок пластификаторов. Только так можно получить литой бетон, предназначенный для укладки в опалубку с плотным каркасом из арматуры, либо при монолитных работах с применением бетононасоса. Разбавив бетонную смесь водой, Вы непременно ухудшите его качество.

Коэффициент морозостойкости бетона.

Обозначается буквой F с цифрой от 25 до 1000 и говорит о количестве циклов замораживания-размораживания, при котором бетон сохраняет свои изначальные прочностные характеристики (с допустимыми отклонениями). Какую практическую ценность этот параметр имеет для Вас? Ну если кратко, то: циклы замораживания оттаивания — это переходы влагонасыщенной бетонной конструкции из мокрого состояния, в состояние замерзшее и обратно.

Чем это чревато. Возьмём стандартную картину: увлажнение бетонных конструкций на примере капиллярного подсоса влаги из земли фундаментом дома. Вода, тающий снег, влажная земля и т.д., заполняет микропоры бетона по принципу, сродни фитилю в керосинке. Бетон здесь выступает в роли впитывающей губки.

Затем эта вода в микропорах замерзает, а замерзнув — расширяется, раздирая всё, что ей мешает. Вот тут то и происходят изменения в структуре бетона: микротрещины и т.д. Причём, в следующий раз, вода, заполнив эти микротрещины и замерзнув, разорвёт их ещё больше.

Безусловно, всё происходит не так страшно, как я тут расписал, ведь фундаменты, как правило, защищены гидроизоляцией, отмостками, гидрофобизаторами. Увлажнение происходит не так интенсивно, не на всю толщину бетона и т.д. Но хотелось бы, чтобы Вы более-менее понимали природу процесса.

На бетонных заводах и бетоносмесительных узлах различных комбинатов, производящих ЖБИ, испытания контрольных образцов проводятся в критических режимах. Бетонный кубик буквально вымачивают в воде ( или спец растворе) с влагонасыщением по полной программе, и замораживают разом до -18. И так — с промежуточными замерами, до достижения критической точки, а именно — потери расчётной прочности. Количество таких циклов вода-лёд и есть коэффициент F. В таком режиме частично работают фундаменты на влагонасыщенных грунтах, опоры мостов, стоящие в воде, ну и прочие гидротехнические сооружения.

Для увеличения морозостойкости, бетонные заводы используют различные добавки в бетон, например воздухововлекающие и т.д. Но морозостойкость, увеличенная воздуховолекающими добавками (сверх нормы для этой марки бетона) — уменьшает его прочность. Там нашли тут потеряли.

Наиболее хороших результатов в увеличении морозостойкости можно добиться, используя в затворении бетона гидрофобный или напрягающий цемент. Все основные циклы происходят осенью и весной, когда перепады температур происходят каждый день из плюса в минус и обратно. В обычном строительстве, среднестатистическая морозостойкость F100-F200.

Следующий параметр бетона, о котором хотелось бы сказать, неразрывно связан с морозостойкостью.

Коэффициент водонепроницаемости..

Обозначается в накладных или паспортах на бетон, как коэффициент с буквой W. (W4,W8,W12, от 2 до 20). Водонепроницаемость бетона — способность не пропускать через себя воду под давлением. Если интересно узнать про методы опеределения водонепроницаемости — почитайте ГОСТ 12730.5—84. Для увеличения водонепроницаемости (сверх стандартной нормы для этой марки), в бетон, при его изготовлении вводят уплотняющие и гидрофобизирующие добавки, либо используют в затворении смеси всё тот же гидрофобный или напрягающий цемент. В чем актуальность данного параметра для частного строительства? У бетона с высоким коэффициентом W есть пара плюсов таких как:

• Возможность изготовления, без дополнительной гидроизоляции, подвалов в районах с высоким уровнем грунтовых вод. Актуально, если заливка полов и стен произведена грамотно, без швов и перерывов в бетонировании. Вроде бы казалось, почему бы не проще сделать стандартную гидроизоляцию? Однако, качественно и технично её сделать — не так просто. Я не беру в расчёт профессионалов этого дела. Их мало, услуги их недёшевы. Чаще всего заказчику приходится иметь дело со всезнающими и всеумеющими строителями, от которых и стоит ожидать различных сюрпризов в процессе эксплуатации построенного. Скорее всего, косяки Вам налепят в области сопряжения пола и стен. Потому как — сначала сделают, а потом подумают, как всё это склеить.
• Такой бетон, в принципе не боится морозов-оттепелей. Коэффициенты морозостойкости у него, очень высоки и рассчитаны на многолетнее использование в обычных условиях. Это может быть особо актуально для открытых, незащищённых конструкций, таких как бетонные дорожки, отмостки, ленты заборов, а так же, для свайных фундаментов на влагонасыщенных грунтах.

Есть альтернатива в виде самостоятельного использования специальных добавок, но где гарантия, что добавки введены в нужной пропорции, что они тщательно перемешались в бетоне. Опять же сомнение — добавлялись ли они вообще, или строители про них забыли, а затем вылили под кустик. Довольно часто, сам процесс строительства контролируется заказчиком весьма поверхностно.

В основном контролируют результат, а что и как там внутри — мало кому известно. Об этом узнают лишь потом — в процессе эксплуатации: там потекло, а тут лопнуло. Ну да не будем о грустном.

В принципе, я упомянул лишь основные, но на мой взгляд — самые главные свойства бетона, которые могут быть актуальны для частного застройщика. На самом деле, бетон обладает ещё множеством различных свойств и характеристик, но на вопрос, — А надо ли оно вам, — я скорее услышу отрицательный ответ.

Внимание! Бетон может потерять качество:

• В результате разбавления бетона водой на объекте. Сиё действо является родовой болячкой кустарей-прорабов и их подопечных. Густой бетон укладывать тяжелее чем жидкий. Как говорят на стройке: Водички добавь, он сам разольётся. Этого делать кактегорически не стоит. Избыточная вода в бетонной смеси не вступает в в хим. реакцию с цементом (цемент забирает столько воды, сколько ему необходимо для гидратации). Эта лишняя вода остается в бетоне в свободном виде. В дальнейшем, она испаряется, высыхает, а в структуре бетона образуются пустоты и поры. Они и снижают марочную прочность бетона.
• В результате так называемого сваривания бетона, что чаще всего происходит из-за увеличенного времени миксера в пути, несвоевременной разгрузки, жаркой погоды и т.д.
• В результате некачественного уплотнения бетонной смеси (укладка без вибрирования). В неуплотнённой бетонной смеси содержится существенное количество воздуха. Эти воздушные поры, пустоты, раковины, если их не ликвидировать вибрированием, могут существенно снизить марку бетона.

Вы можете ознакомиться с нашими ценами на бетон

Если Вас когда-либо мучил вопрос, — почему самодельный бетон всегда хуже заводского, почитайте сколько нюансов необходимо соблюсти, чтобы получить качественный товарный бетон. Возможно ли в кустарных условиях выполнить хотя бы треть тех требований.

Несколько слов о нюансах производства товарного бетона в условиях надвигающегося экономического кризиса.

Кому любопытно, можно почитать про важнейшую роль цемента в производстве бетона и ЖБИ

Источник: www.avtobeton.ru

Характеристики и разновидности бетона

Бетон – это незаменимый материал, придуманный человечеством. Используя его, строят жилые дома и огромные промышленные сооружения, что позволяет прочность и долговечность материала. Самый простой состав этой смеси используется во многих областях строительства. В статье рассмотрим, что такое, в современном понимании, бетон, каких видов он бывает, из чего состоит и как производится.

Рисунок 1. Бетон

Виды и технология изготовления бетонных составов

Для производства бетона применяются компоненты в разных пропорциях. В смесь нередко добавляются вспомогательные компоненты, влияющие на эксплуатационные характеристики материала. Основные виды бетона:

• цементный бетон. Эта разновидность чаще остальных встречается на стройплощадках. Делается из цемента, но чаще портландцемента. Нередко вяжущим элементом выступает напрягающий и безусадочный декоративный цемент;
• особая бетонная смесь с вяжущим компонентом в основе. В замес добавляется жидкое стекло, что делает готовый бетон химически и огнестойким. Связывающие вещества: добавки в виде шлаков, стеклощелочи или нефелина;
• силикатный. Этот вид реже остальных используется в условиях стройплощадки. Для производства применяется известковый вяжущий материал. Метод изготовления – автоклавный, делающий состав твердым и прочным. Также в состав включается кварцевый песок, и от степени его помола зависят технические параметры готового бетона;
• шлакощелочный. Основной компонент изготовления – измельченные шлаки. В сфере строительства эта разновидность применяется не так давно;
• полимерный. Полимербетон делается из комбинации смол, цемента и латекса;
• гипсовый. Для связки элементов применяют гипс. Благодаря теплоизолирующим свойствам полученного состава, его используют при внутренней отделке. Например, применяя его, возводят межкомнатные перегородки;
• ячеистый материал. Относится к «легким» видам. Основа – минеральное связывающее и добавка кремнезема. Пользуясь ячеистыми бетонами, утепляют возводимые объекты.

Каждый вид находит то или иное применение на стройке. Эксплуатационные параметры варьируются в зависимости от пропорций компонентов, поэтому классификация бетонов такая широкая.

Классификация бетонных растворов по прочности

Под плотностью понимаются прочностные параметры материала. Свойства бетона разные, но плотность – ключевой фактор. От этого зависит, насколько готовый элемент стоек к сжатию, минусовой температуре, влаге и так далее.

Используемый наполнитель влияет на то, к какому классу относится сырье. Виды бетона:

• легкий или облегченный. Их параметр плотности – от 500 до 1800 кг/м 3 . Заполнителями выступают такие вещества: пемза, керамзит, туф и другие пористые материалы. Облегченные бетоны, в свою очередь, бывают: ячеистыми, пенобетонными и газобетонными;
• тяжелый. От 1800 до 2500 кг/м 3 . Для изготовления этих смесей применяются заполнители из горных пород. Среди них: известняк, гранит, диабаз;
• особо тяжелый. Больше 2500 кг/м 3 . Эта разновидность производится с применением стальных опилок или стружки, железной руды, барита.

Выбранные добавки классифицируют по фракциям, что во многом влияет на конечные свойства.

Рисунок 2. Заливка бетона

Классификация бетонных растворов по маркам

Марка обозначается буквой «М» последующими цифрами. На данный момент пределы следующие: М50 – 1000. Обозначенная величина говорит о том, сколько цемента в одной единице объема смеси. Расшифровывая это значение, можно получить предел прочности на сжатие, где единицей измерения выступает кгс/см 2 . Большая цифра говорит о прочности бетона. Соответственно, в его составе больше цемента, что увеличивает его свойства, а вместе с тем и стоимость.

Бетоны высокой марки сложнее в работе, так как быстрее схватываются. Поэтому, выбирая подходящий материал для работ, важен баланс между ценой и качественными характеристиками. Конкретную марку выбирают отталкиваясь от проекта. К примеру, залить фундамент или сделать подушку дорожного полотна можно из М100 – 150.

М200 – разновидность, больше подходящая для стяжек, отмостков и дорожек. Это наиболее востребованная в индивидуальном строительстве марка, отвечающая основным требованиям.

Классификация бетона М250 и 300 встречается все реже, так как это промежуточное звено между М200 и 350. Марка 350 широко востребована для коммерческого строительства. Используя ее, создают монолитные стены и фундаменты, балки, дорожные полотна, испытывающие высокие нагрузки и так далее.

Виды бетона М400 и 450 актуальны, если возводятся гидротехнические сооружения, подвергающиеся высоким нагрузкам. Метро, плотины, дамбы и прочие специальные объекты строятся с применением марки М500 и 550.

При желании, есть возможность определить марку. Для этого используют специальный пресс, расположенный в условиях лаборатории. Есть и другие, менее требовательные методы: при помощи ударного импульса или ультразвука.

Рисунок 3. Характеристики бетона

Классификация бетонного состава по назначению

Классификация смесей и бетонов по назначению позволяет подобрать подходящий вид материала для конкретных строительных нужд. Например, существуют особые марки, используя которые строят сооружения, эксплуатируемые в суровых условиях. Чаще остальных выдвигаются следующие требования: бетон должен быть огнестойким, морозостойким и стойким к вибрациям.

В зависимости от функционального назначения, выделяют следующие виды бетона:

• общего назначения. Из него сооружают фундаменты, несущие ЖБ-конструкции, плиты перекрытия, колонны, балки и многое другое;
• специального назначения. Пользуясь им, строят объекты с высокой устойчивостью к механическим и атмосферным воздействиям. Спецсоставы применимы при возведении, например, атомных станций;
• гидротехнические. Благодаря высокой стойкости к влаге, используются для строительства дамб, гидроэлектростанций и аналогичных объектов.

Состав бетона, основные компоненты

Существует множество видов бетонов, и практически все имеют схожий состав. Тем не менее, именно ингредиенты влияют на конечные характеристики.

Традиционно бетон состоит из цемента, щебня, песка и воды. Если делать смесь без щебня, она будет называться пескобетоном. Оптимальный состав имеет следующие пропорции цемента, щебня, песка и воды – 1:4:2:0,5. Это лишь общие сведения. Конечный замес зависит от множества факторов: марки материалов, характеристики щебня и песка, наличие пластификатора.

Например, если выбран цемент М400, то на выходе получится смесь М250.

В смеси каждому компоненту отведена своя роль. В основе – цемент и вода. Именно они связывают все компоненты в одно целое. Если допустить ошибку на этом этапе, то бетон получит совсем иные характеристики. Дело в том, что сыпучие материалы, применяемые для изготовления, также имеют различные параметры влажности и влагопоглощения, и это обязательно нужно учитывать.

Если долгое время хранить цемент, он образует так называемый «цементный камень». Многие думают, зачем тогда добавлять воду – вот готовый твердый образец. Дело в том, что твердеет он неравномерно, а это может стать причиной образования сколов и трещин. Уменьшить эти деформации помогают заполнители в виде песка и щебня. Именно они предотвращают излишнюю усадку.

Сумма всех этих компонентов образует собой монолитную структуру. Отдельные свойства каждого материала связываются воедино. Большая часть пространства отводится щебню, между ним расположен песок. Роль воды и цемента – связать компоненты в общую массу.

Как видно, состав одновременно прост и сложен, так как требуется строго соблюдать пропорции всех ингредиентов, чтобы получить прочный и долговечный бетон.

Рисунок 4. Приготовленный раствор бетона

Приготовление бетона

Прежде чем приступать к самостоятельному созданию бетона, необходимо определиться с рецептом. Он, в свою очередь, зависит от задачи строительного объекта. Если раствор готовится в бетономешалке, все величины переводят в литры. Для удобства существует множество таблиц. В ходе первого замеса цемент и песок увеличиваются в объеме на 10%.

Дело в том, что часть материалов липнет к машинке, и эти 10% – компенсационные.

Чтобы получить качественный раствор, важно не переусердствовать с жидкостью. Многие, по неопытности, добавляют воду чтобы повысить пластичность бетона. Это запрещено, так как снижает конечную прочность.

Классический рецепт для бетономешалки:

• цемент – 2 части;
• песок – 4;
• щебень – 8;
• вода – 1.

Кажется, что все просто, но на самом деле даже мелкие погрешности в пропорциях способны изменить параметры смеси.

Производство в условиях завода

Рисунок 5. Приготовление бетона

На заводах, чтобы приготовить бетонную смесь, пользуются бетоносмесителями непрерывного и периодического действия. Процедура выглядит так: в емкость загружается сырье, перемешивается и выгружается. В непрерывных установках загрузка, смешивание и выгрузка, соответственно, непрерывны. Отличается и способ перемешивания: принудительный и гравитационный.

Принудительные бетоносмесители работают с жесткими бетонными растворами, так как состоят из неподвижного барабана и вала с лопастями. Гравитационные «захватывают» часть смеси и поднимают на определенную высоту, откуда она падает, тем самым перемешиваясь. Емкость гравитационной машины – от 100 до 1500 л. Продолжительность замеса зависит не только от объема бетоносмесителя, но и от подвижности массы.

Высокожесткие смеси готовятся при помощи вибросмесителей. В таких установках вибрации совмещены с перемешиванием. Встречаются также технологии, предусматривающие дополнительный нагрев смеси до +60 градусов Цельсия. Это необходимо для более быстрого и эффективного перемешивания.

Применение бетона

Сфера использования бетонных смесей напрямую зависит от свойств состава. Благодаря добавлению химически активных добавок состав приобретает дополнительные свойства: морозостойкость, водонепроницаемость и другие. Это делает бетон универсальным материалом. Используя его:

• фиксируют и закрепляют строительные элементы и конструкции;
• делают облицовку зданий, причем как снаружи, так и изнутри;
• герметизируют стыки;
• заливают фундаменты;
• строят автомобильные трассы;
• возводят мосты, плотины, бассейны, дамбы;
• бетон – основной материал для изготовления бетонных плит;
• производят ЖБ-изделия;
• оформляют интерьеры: колонны, стены, напольные покрытия;
• имитируют натуральный камень.

Чаще всего бетон применим для производства бетонных плит перекрытия, из которых «собирается» любое высотное или промышленное здание.

Заключение

Бетон – универсальный стройматериал, предполагающий широкую классификацию. При необходимости, сделать его можно и самостоятельно, зная правильную рецептуру. Несмотря на распространенность, легко допустить ошибку в ходе его замеса – важно соблюдать строгие пропорции, от которых будут зависеть конечные свойства.

Источник: expertfasada.ru

Основные свойства бетона и его виды

Бетон (от фр. beton) — строительный материал, получаемый в результате затвердевания рационально подобранной и уплотненной смеси вяжущего вещества (цемент или др.), заполнителей с водой. В ряде случаев может содержать специальные добавки. В наши дни бетон является наиболее широко используемым строительным материалом.

Во всем мире около 1 тонны бетона производится каждый год на каждого живого человека на Земле. Это происходит потому бетон это наиболее доступный строительный материал в мире. Из всех известных строительных материалов, будучи доступным, бетон также очень прочен, долговечен, устойчив к воздействию воды, огня, а также легко может быть уложен в бесконечном разнообразии форм и размеров (что, к слову, является ключевым преимуществом для торкретирования).

Успех бетонного строительства напрямую зависит от того какие свойства заложил проектировщик на этапе проектирования сооружения, в основном это набор прочности и другие свойства. Прочность бетона, кроме прочего, напрямую зависит от рабочего на стройплощадке. Поэтому для того чтобы работать с бетоном, каждому рабочему очень важно понять некоторые важные факторы, влияющие на свойства бетона.

Бетон представляет собой смесь из двух компонентов: заполнителя и цементной пасты. Паста из портландцемента и воды, работает как клей, который связывает заполнитель (песок, гравий или щебень), благодаря химической реакции цемента и воды, при котором цементная паста затвердевает и превращается в цементный камень.

Рис 1 Отполированное сечение бетона. Паста из воды и цемента укрывает фрагменты заполнителя и заполняет все пространство между ним.

В основном, термин «цемент», используемый в строительстве относится к понятию портландцемент. Иногда считают, что смесь цемента, воды и заполнителя, это и есть цемент, но это технически неправильно, это бетон. Заполнители, как правило, разделены на две группы: мелкие и крупные. Мелкий заполнитель состоит из природного или искусственного песка с размером частиц до 5 мм, в крупных заполнителях большинство частиц превышает 5 мм и доходит до 150 мм (для мостовых балок, массивных фундаментов и пр.)

Рис. 2 Пропорции по весу материалов в типичной свежей смешанной бетонной смеси. В других смесях доля заполнителя может достигать от 70 до 80% от веса, а доля цемента 13 до 20% от веса

Качество бетона зависит в значительной степени от качества цементной пасты. В правильно приготовленном бетоне, каждая частица заполнителя полностью покрыта цементной пастой, также все пространство между частицами полностью заполнено пастой, как показано на рис. 1. Для любого конкретного набора материалов в рецептуре бетона и условий твердения бетона, качество бетона определяется количеством воды, используемой в отношении к количеству цемента.

Ниже приведены некоторые преимущества снижения содержания воды в бетоне:

повышенная прочность на сжатие и изгиб;

Другими словами, чем меньше воды используется в бетоне, тем лучше его качество

Виды бетона

По виду вяжущего вещества подразделяют на цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По объёмной массе бетоны подразделяют на

особо тяжёлый с плотностью свыше 2500 кг/м — баритовый, магнетитовый, лимонитовый

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей различают бетоны

Свойства бетона

Бетон должен быть пластичным или полужидким, и как правило, его можно сформировать ладонью руки. Очень жидкая бетонная смесь также может быть сформирована, если не ладонью, то с помощью формы. В пластичной бетонной смеси все зерна песка и других заполнителей заключены и «подвешены» в цементной пасте. Ингредиенты не склонны разделяться при транспортировке, и когда бетон затвердеет, становятся однородной смесью всех компонентов. Правильно приготовленный бетон должен быть пластичным, не комковаться, а медленно перетекать без разделения на составляющие.

Рис. 3 Мера подвижности бетона (высокая осадка конуса по сравнению с низкой осадкой конуса)

Осадка используется как мера подвижности бетона (рис. 3). Измерение осадки представляет собой стандартный метод испытаний, который состоит из помещения образца свежего бетона в конусообразную форму и уплотнение бетона стержнем арматуры. Форма поднимается и бетон оседает.

Расстояние по вертикали между бетоном, уложенным в форму и осевшим бетоном называется осадкой конуса бетона. Бетон с низкой осадкой имеет жесткую консистенцию, и чем выше осадка, там влажнее смесь. В строительной практике, тонкостенные бетонные элементы и густо армированные элементы часто требуют более высокой осадки (но никогда жидкой консистенции) смеси для удобства укладки.

В обычном бетоне, надлежащее уплотнение достигается за счет механической вибрации, а также с помощью штыкования, если бетон достаточно подвижен. При правильном уплотнении могут быть использованы более жесткие смеси, которые повышают качество бетона и позволяют достичь экономии в работах. В процессе торкретирования надлежащее уплотнение достигается за счет напыления бетона на поверхность с большой скоростью.

Процесс твердения цементной пасты из-за химической реакции между цементом и водой, называется гидратацией. Продукт этой химической реакции — гидратированное цементное тесто, которое чаще называют просто тесто или паста, под которой понимают связующее (клей) в рецептуре бетона.

Различные химические вещества из которых состоит цемент по-разному реагируют друг от друга. Некоторые из них будут реагировать раньше и быстрее, в то время как другие требуют больше времени для активации, а затем будут реагировать медленно. Затвердевшее цементное тесто образует плотное соединение, которое связывает зерна песка и фрагменты крупного заполнителя цементирует все вместе. Бетон схватывается, твердеет и набирает прочность.

Затвердевший бетон содержит мелкие поры наполненные водой и воздухом, которые не имеют прочности. Прочность можно наблюдать только в твердой части пасты. Чем меньше пор в затвердевшем цементном камне, тем прочнее долговечнее бетон. В приготовлении бетона должно быть воды не больше и не меньше, чем необходимо для придания бетону нужной пластичности и подвижности.

Знание о том, что бетон в процессе гидратации выделяет тепло полезно при планировании строительства. Зимой гидратация в определенной степени может помочь защитить бетон от низких температур. Летом выделение тепла, может быть вредным. Необходимо соблюдать осторожность в жаркую погоду, так как в результате повышения температуры смеси, может ускориться реакция гидратации, тем самым уменьшая время схватывания и ограничивая подвижность бетонной смеси. Другие факторы, влияющие на скорость гидратации: включают температуру, количество воды, тип цемента и добавок, присутствующих в бетонной смеси.

Уход за бетоном

Так как гидратация это реакция между водой и цементом, которая генерирует клеящее вещество, важно, чтобы вода была доступна для набора требуемой прочности. Если обеспечить постоянное смачивание бетона или относительную влажность воздуха около 80% с надлежащей температурой воздуха, бетон продолжает набирать прочность с возрастом до тех пор, пока не гидратированный цемент по-прежнему присутствует. При относительной влажности, окружающего бетон воздуха, ниже 80% и температуре окружающей среды ниже нуля градусов, гидратация и набор прочности бетона останавливается.

Если бетон увлажняется после высыхания гидратация частично возобновляется и иногда можно наблюдать продолжение набора прочности, при условии что бетон не был заморожен. Лучше всего непрерывно ухаживать за бетоном с момента укладки до момента достижения желаемого качества. Правильный уход также снизит вероятность появления усадочных трещин.

Высыхание бетона

Бетон не становится прочнее при высыхании. Как указывалось ранее, бетон должен продолжать удерживать достаточное количество влаги в период созревания для того чтобы цемент гидратировал.

В свежеприготовленном бетоне содержится больше влаги чем необходимо для гидратации, но по мере того как будет происходить высыхание от поверхности вглубь бетона, набор прочности остановится как только относительная влажность снизится ниже 80%. Распространенным примером этого может служить бетонный пол, который твердел при отсутствии достаточной влаги — т. к. бетон твердеет слишком быстро, поверхность становится слабой и пылит. Бетон усаживается при высыхании также как и дерево, бумага и глина. Усадка — первая причина трещин. Так как открытая поверхность бетона высыхает быстрее чем массивные элементы, форма элемента влияет на скорость высыхания бетона. Элементы с большой площадью поверхности по отношению к объему высыхают быстрее чем массивные элементы с малой площадью поверхности (как, например, мостовые балки)

Прочность

Уровень прочности бетона называется компрессионной прочностью (КП), показывающей какую нагрузку при раздавливании может нести тот или иной образец бетона (бетонный куб или цилиндр, раздавленный на лабораторном прессе после 28 дней созревания бетона). КП — основной показатель при расчете и проектировании сооружений из бетона (железобетона). КП бетона во многом зависит от количества воды и цемента в смеси (часто называемой водоцементным соотношением), возрастом бетона, уровня развития гидратации.

Масса (плотность)

Обычный бетон, как правило, используется для тротуаров, зданий и других сооружений, имеет вес около 2350 кг /м3. Специальные супертяжелые бетоны, применяемые в противовесах или для радиационной защиты весят до 3200 кг/м3. Удельный вес (плотность) бетона изменяется в зависимости от количества и удельного веса заполнителей, объема воздуха, который попадает в бетон, содержания воды и цемента, которое в свою очередь зависит от таких факторов, как максимальный размер заполнителя и используемых химических добавок. При проектировании железобетонных конструкций, предполагается что сочетание обычного бетона и арматуры имеет вес около 2350 кг/м3.

Морозостойкость

Бетон который используется в сооружениях, тротуарах, тоннелях, должен иметь длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы. Хорошая прочность бетона позволит противостоять влияниям окружающей среды.

Одним из наиболее разрушительных факторов является воздействие атмосферы в виде замораживания и оттаивания во время того как бетон все еще влажен, особенно при наличии противообледенительных солей. Замерзание воды в цементном тесте, частиц заполнителя или того и другого является причиной быстрого износа бетона. При правильном вовлечении воздуха, бетон становится намного более устойчивым к износу вызванному циклами замерзания и оттаивания. Бетон с вовлеченным воздухом более морозоустойчив чем бетон без вовлеченного воздуха, бетон с низким водоцементным соотношением (В/Ц), более долговечен чем бетон с высоким В/Ц.

Водопроницаемость и водонепроницаемость

Бетон который используется в гидротехнических сооружениях или особо подвержен воздействию погодных условий или других тяжелых условий, должен быть настолько водонепроницаемым, насколько это возможно. Водонепроницаемость это способность бетона сдерживать или поглощать воду без видимых утечек.

Под проницаемостью понимают количество воды проходящее через бетон, в случае, когда вода находится под давлением, или способность сопротивления бетона к проникновению воды или других веществ (жидкости, газа, ионов). Как правило, те же свойства бетона, которые делают бетон менее проницаемым также делают его более водонепроницаемым. Низкое В/Ц уменьшает расслоение, выделение цементного молочка и способствует увеличению водонепроницаемости. Чтобы для того чтобы сделать бетон водонепроницаемым, он должна быть без трещин, полостей и пазух.

Контроль образования трещин

Существуют две основные причины по которым появляются трещины в бетоне:

1. усилия вследствие пластичной усадки при высыхании или изменения температуры
2. усилия вследствие силовых нагрузок.

Пластичную усадку на поверхности свежего бетона можно наблюдать вскоре после укладки, если имеет место чрезмерное испарение воды затворения.

Колебания температуры могут привести к растрескиванию, особенно на раннем возрасте созревания бетона. Усадка бетона вследствии высыхания неизбежна, поэтому правильно расположенная арматурная сталь и формирование деформационных швов используется в монолитном железобетоне для уменьшения размера трещин.

Заполнители

Песок, гравий и щебень, которые смешиваются с цементом и водой, в производстве бетона, называются заполнителями. Эти материалы составляют от 70 до 80% веса бетона. Кубический метр тяжелого бетона может содержать от 1600 до 1800 кг мелкого и крупного заполнителя. Типичные заполнители должны соответствовать стандартам качества. Основные качества заполнителя, которые существенно влияют на качество бетона:

Максимальный размер зерен в заполнителе

Наибольший размер зерна может быть выбран в зависимости его от размера и формы, расстояния между арматурными стержнями в бетоне, ограничений бетоноподающего оборудования (типом бетононасоса, диаметром шланга и т.д.). Обычно выбирают экономически доступный заполнитель с наибольшим диаметром частиц т. к. чем больше размер частиц заполнителя, тем меньше необходимо связующего (цемента) и меньше воды (уменьшение В/Ц и усадки)

Распределение размера зерен в заполнителе

Заполнитель состоят из частиц, которые различаются по размеру. Для того чтобы сделать замесы бетона одинаковыми, количество заполнителя и распределение в нем частиц должно быть также одинаковым. Для замера размера зерен заполнителя, просушенный образец заполнителя просеивают через ряд стандартных сит, начиная с сит с наибольшими отверстиями, заканчивая самыми мелкими ситами. Распределение размера зерен определяется по весу заполнителя, который остался в каждом из сит.

Есть несколько причин для необходимости определять распределение размеров частиц в заполнителе и определять максимальный размер частиц. Количество цемента и воды, которое необходимо для приготовления смеси нужной подвижности, строго зависит от размера частиц заполнителя. Например для приготовления бетона с максимальным размером частиц 25 мм необходимо меньше цемента и воды с определенной прочностью, чем для бетона с заполнителем 12.5 мм.

Размер и распределение частиц заполнителя также влияют на удобоукладываемость, наличие пор, морозостойкость бетона, и его пригодность к перекачиванию, а также на ряд других характеристик. В добавок к проблемам с перекачиванием, нестабильное распределение частиц приведет к неоднородности и несхожести замесов бетона из одного того же заполнителя. Лучшие результаты по всем параметрам даст заполнитель (песок) при рассеве которого не будет избытка или недостатка на любом из сит т. е. частицы по размеру в заполнителе будут распределены равномерно.

Такие заполнители называют «с равномерной кривой рассева» или хорошо градуированным заполнителем (рис. 3 (а)).

Чем больше в бетоне хорошо градуированного заполнителя, тем меньше объем который необходимо заполнить вяжущим (цементной пастой), тем меньше площади поверхности заполнителя, который необходимо «склеить», таким образом требуется меньше воды и цемента. Нормальное распределение частиц заполнителя необходимо для эффективного и экономного использования цемента и воды. Распределение частиц с промежутками (рис.3 (б)) или равномерное распределение частиц (рис. 3 (с)) приведет к увеличению количества цементной пасты для заполнения образовавшихся пустот, и, если цементной пасты окажется недостаточно, могут появится проблемы с отвержением или перекачиванием бетона.

Рис 3 Хорошо градуированный заполнитель (а), распределение частиц с промежутками(б), равномерное распределение частиц (с)

Затворение водой

Качество воды является проблемой, потому что химические вещества, даже в очень небольших количествах, иногда могут существенно изменить время схватывания смеси или повлиять на свойства бетона в долгосрочном периоде.Практически любая питьевая вода может быть использована для затворения бетона. Морская вода может не навредить прочности бетона самого по себе, но существенно ускорить коррозию арматуры если используется железобетон. Вода, содержащая жир, соль, водоросли, грязь или сахар не должна использоваться для затворения бетона.

Добавки в бетон

Любые вещества, специально добавляемые перед или во время приготовления бетона, кроме цемента, дополнительных вяжущих веществ, воды, заполнителей и армирующих волокон (фибры), называется добавками. Характеристики свежего бетона могут быть изменены добавлением добавок в рецептуру бетона. как правило, в жидком виде, во время дозирования.

Добавки обычно используются для:

регулировки времени схватывания

Ускорители схватывания (используются в холодную погоду тк при низких температурах бетон схватывается медленно);

Рецептуры бетона (применительно к торкрет бетону)

Хорошее качество цементного теста определяется с помощью относительно низкого В/Ц.. В случаях, когда В/Ц выбран слишком низким, чтобы получить нужную подвижность, в бетон вводятся специальные добавки, таких как суперпластификаторы и / или добавски уменьшающие В/Ц. Эти мероприятия позволяет сохранить В/Ц низким при производстве и укладке высококачественного торкретбетона.

После разработки рецептуры смеси, которая будет соответствовать всем требованиям конкретного проекта, рецептура торкретсмеси может быть похожа на пример в таблице 1.

Таблица 1 Типичная рецептура торкрет-смеси

Железобетон

Железобетон — это сочетание бетона и стальной арматуры, монолитно соединённых и совместно работающих в конструкции. Термин «Железобетона» нередко употребляется как собирательное название железобетонных конструкций и изделий. Идея сочетания в двух крайне различающихся своими свойствами материалов основана на том, что прочность бетона при растяжении значительно (в 10—20 раз) меньше, чем при сжатии, поэтому в железобетонной конструкции он предназначается для восприятия сжимающих усилий. Сталь же, обладающая высоким временным сопротивлением при растяжении и вводимая в бетон в виде арматуры, используется главным образом для восприятия растягивающих усилий.

Взаимодействие столь различных материалов весьма эффективно: бетон при твердении прочно сцепляется со стальной арматурой и надёжно защищает её от коррозии, т. к. в процессе гидратации цемента образуется щелочная среда; монолитность бетона и арматуры обеспечивается также относительной близостью их коэффициентов линейного расширения (для бетона от 7,5•10-6 до 12•10-6, для стальной арматуры 12•10-6); в пределах изменения температуры от -40 до +60°С основные физико-механические характеристики бетона и арматуры практически не изменяются, что позволяет применять железобетон во всех климатических зонах.

Основа взаимодействия бетона и арматуры — наличие сцепления между ними. Значение сцепления или сопротивления сдвигу арматуры в бетоне зависит от следующих факторов: механического зацепления в бетоне специальных выступов или неровностей арматуры, сил трения от обжатия арматуры бетоном в результате его усадки (уменьшения в объеме при твердении на воздухе) и сил молекулярного взаимодействия (склеивания) арматуры с бетоном; определяющим является фактор механического зацепления. Применение арматуры периодического профиля сварных каркасов и сеток, устройство крюков и анкеров увеличивают сцепление арматуры с бетоном и улучшают их совместную работу.

Нарушение структуры и заметное снижение прочности бетона наступает при температуре свыше 60°С; при кратковременном воздействии температуры в 200°С прочность бетона снижается на 30%, а при длительном — на 40%.

Температура в 500-600°С является для обычного бетона критической, при которой он разрушается в результате обезвоживания и разрыва скелета цементного камня. Поэтому обычный железобетон рекомендуется применять при температуре не выше 200°С. В тепловых агрегатах, работающих при температурах до 1700°С, используется жаростойкий бетон. Для предохранения арматуры от коррозии и быстрого нагревания (например, при пожаре), а также надёжного её сцепления с бетоном в железобетонных конструкциях предусматривается устройство защитного слоя бетона толщиной от 10 до 30 мм; в агрессивной среде толщина защитного слоя увеличивается.

Широкое распространение железобетона в современном строительстве обусловлено его большими техническими и экономическими преимуществами по сравнению с другими материалами. Сооружения из железобетона огнестойки и долговечны, не требуют специальных защитных мер от разрушающих атмосферных воздействий; прочность бетона со временем увеличивается, а арматура не поддаётся коррозии, будучи защищенной окружающим её бетоном.

Железобетон обладает высокой несущей способностью, хорошо воспринимает статические и динамические (в т. ч. сейсмические) нагрузки. Из железобетона относительно легко создавать сооружения и конструкции самых разнообразных форм, достигающих большой архитектурной выразительности. Основной объём железобетона составляют повсеместно распространённые материалы — щебень, гравий, песок. Применение сборного железобетон позволяет значительно повысить уровень индустриализации строительства; конструкции изготовляются заранее на хорошо оснащенных заводах, а на строительных площадках выполняется только монтаж готовых элементов механизированными средствами. Тем самым обеспечиваются высокие темпы возведения зданий и сооружений, а также экономия денежных и трудовых затрат.

Источник: ksgidro.ru

Что такое бетон? Рецептура и модификации смеси + бетонные «болезни»

Своего рода «жидким камнем» можно назвать бетон. Несмотря на достаточно частую связь этого материала с жёсткой городской архитектурой середины 20-го века, бетон по праву заслуживает звание героя современного материального мира.

Встретить материал можно повсеместно — от конструкций небоскребов, мостов, транспортных шоссе, подземных туннелей, наконец, под полом собственного дома. Несмотря на внешнюю простоту, бетон удивительная штука. Что же это такое при более близком знакомстве? Посмотрим?

Особенности типичной бетонной смеси

Название «бетон» является производной латинского языка, где присутствует слово «concretus». Прямой перевод слова означает «расти вместе». Собственно, так это и есть – происходит реальный рост, когда объединяются три составляющих:

1. Смесь грубых и мелких заполнителей (песок, гравий, камни, крупные куски щебня, переработанное стекло, остатки старого переработанного бетона и т.п.) – обычно в объёме 60–75%.
2. Цемент (силикаты и алюминаты кальция) – обычно в объёме 10–15%.
3. Вода – обычно в объёме 15–20%.

Объединённые и тщательно перемешанные, эти простые ингредиенты образуют композит — гибридный материал, в некотором смысле лучше материалов, его составляющих.

Лучшим свойством бетона выступают: прочность, твёрдость, долговечность. Представляя бетон композитом, следует отметить — цементный гидрат является фоновым связующим материалом (технически именуемым «матрицей»), которому песок и гравий придают дополнительную прочность («армирование»).

Тонкости образования бетона

Как бетон образуется из ингредиентов, не имеющих ничего общего с конечным продуктом? Когда добавляется вода к цементу, активируется рост кристаллов гидрата цемента (кальций-кремнезем-гидрат). Кристаллы плотно соединяют песок и гравий между собой.

Именно это постепенное образование кристаллов (а не фактор твердения смеси) придаёт бетону свойство прочности. Как правило, уже схватившийся бетон смачивают некоторое время (несколько дней). Объясняется такой подход «активизацией» химических реакций, гидратирующих цемент.

Вполне по праву называют популярный строительный материал «жидким камнем». Прежде чем обрести полностью окаменевшую структуру, необходима достаточно большая выдержка времени

Мягкая слизистая смесь, выпадающая из бетоносмесителя, постепенно становится тяжелее материалов, из которых сформирована. «Жидкий камень» становится настоящим камнем, точнее — искусственным камнем.

Твердение временем — часы, месяцы, года

Постепенно отвердевший за часы, бетон, между тем, приобретает реальную твёрдость примерно спустя месяц. Но и здесь предел отвердения ещё не достигнут. Как показали исследования, бетон продолжает укрепляться в течение как минимум пяти лет с момента создания.

Научные исследования, проведённые не так давно, указывают интересный факт — «кристаллы» внутри бетона на самом деле вовсе не являются кристаллами.

Будучи не упорядоченными и совершенно неправильными, кристаллы бетона обладают случайной структурой. Подобного рода структуры встречаются, к примеру, у стекла (аморфного твёрдого вещества).

Скопления воздуха между компонентами

Бетон содержит довольно большое количество воздуха (5–10%). Объясняется это наличием некоторого пространства вокруг открытой трехмерной структуры кристаллов гидрата цемента и некоторого количества песка и гравия.

Присутствие воздуха, в свою очередь, объясняет, почему бетон способен изгибаться и напрягаться, растягиваться и сжиматься (в определённой степени).

Подобно любым другим рецептурам, допускается несколько изменять смесь приготовления бетона. Таким способом можно производить бетон:

• более текучий,
• медленно или быстро схватывающийся,
• лучше выветривающийся,
• определённого цвета (внешнего вида).

Например, добавление пигмента диоксида титана видится простым способом сделать бетон яркой расцветки или полностью белым.

Такой выглядит структура газобетона – современного, не менее популярного строительного материала, который находит широкое применение в области малоэтажного частного строительства

Другой вариант — газобетон, внешне напоминающий жесткую губку с массой крошечных воздушных карманов внутри. Эти карманы позволяют бетону расширяться и сжиматься в зависимости от погодных условий без образования трещин. Наличием карманов улучшаются теплоизоляционные свойства материала.

Почему бетон так популярен в строительстве?

Городских жителей бетон окружает повсеместно. Понять этот факт несложно. Бетон легко изготавливать из дешевых, легко доступных ингредиентов, легко разливать по формам и тем самым создавать образцы разной конфигурации. Этому материалу присущи свойства огнеупорного и (относительно) водонепроницаемого материала.

Однако главная причина обширного применения бетона при строительстве зданий заключается в том, что бетон демонстрирует чрезвычайно высокие параметры на сжатие, способен выдерживать значительную весовую нагрузку. Традиционное использование материала – сооружение стен и фундаментов (вертикальных опор), как лучший способ держать весовую нагрузку.

Вместе с тем, если рассматривать свойство бетона работать на растяжение, здесь отмечается существенный недостаток материала. На растяжение бетон демонстрирует параметры примерно в 10 раз более слабые, чем при сжатии. Материал легко трескается или ломается, работая на сгиб или растяжение, если только не укреплён стальной конструкцией. Поэтому горизонтальные балки редко содержат большой объём бетона.

Обманчивый внешний образ

Внешне бетон выглядит тяжёлой монолитной конструкцией, на самом же деле материал не такой тяжёлый, как можно предположить. Структура материала, примерно, на одну пятую плотнее свинца, на треть плотнее стали, на 10% меньше плотности алюминия и немногим плотнее стекла.

Сборные «модули» существенно облегчают процесс сооружения объектов, тем более сложных и громоздких. Использование сборных модулей часто отмечается на строительстве промышленно-инфраструктурных объектов

Несмотря на то, что бетон часто смешивается на месте и формуется в любые необходимые формы, материал также может поставляться готовыми сборными «модулями». Нередко модулями готовятся:

• блоки,
• балки,
• стены,
• тротуары,
• облицовка и другие.

Гигантские современные конструкции сегментных мостов, к примеру, быстро собираются из одинаковых бетонных секций, сделанных на заводе и отправленных к месту сборки.

Так обеспечивается экономичное строительство, исполняемое быстрыми темпами, с минимальной трудоёмкостью, чем в случае возведения моста непосредственно на месте. Другим вариантом является создание бетонных конструкций, объединяющих некоторые сборные секции с другими секциями.

Что такое железобетон?

Как отмечалось ранее, бетон рассматривается композитным материалом — цементной матрицей с заполнителями для армирования. Такая матрица хорошо работает на сжатие, но не на растяжение. Между тем проблема с растяжением решается, если применять стальную арматуру.

Жидкий бетон укладывают вокруг прочных стальных арматурных стержней (обычно связанных вместе формой клетки). Когда смесь застывает и затвердевает вокруг стержней, получается новый композитный материал – железобетон.

Термин «железобетон» говорит сам за себя. Укреплённая стальной арматурой бетонная структура, представляет собой уже модифицированный, более прочный строительный материал

Железобетонная конструкция характерна высокой сопротивляемостью сдавливанию (обеспечивает прочность на сжатие), в то время как сталь оказывает сопротивление на изгиб и растяжение (обеспечивает прочность на растяжение).

По сути, железобетон использует один композитный материал внутри другого материала. Бетон образует матрицу, а стальные стержни или проволоки обеспечивают армирование.

Стальные стержни (арматурные стержни) обычно изготавливаются скрученными прядями с выступами (гребнями, хребтами) на них. Благодаря выступам, арматура прочно закрепляется внутри бетона без риска скольжения. Теоретически допустимо использовать разные виды материалов под армирование.

Как правило, используется сталь, потому что имеет коэффициент расширения и сжатия примерно сопоставимые с теми же показателями бетона. Этот момент важен, так как сопоставимый по коэффициентам материал не способствует растрескиванию структуры в точках связи, на сто способен другой материал с иными коэффициентами. Однако иногда используются другие материалы, в том числе различные виды пластмасс.

Предварительно напряженный бетон

Несмотря на то, что железобетон является улучшенным строительным материалом по сравнению с обычным бетоном, свойства хрупкости и подверженность растрескиванию остаются актуальными недостатками. Силы растяжения способны повредить железобетон, несмотря на стальную арматуру, если к арматуре возможен доступ воды.

Устройство, при помощи которого выполняется процедура предварительного напряжения материала. Результат такого процесса очевидный – получают ещё один вариант модификации с улучшенными свойствами

Исключить такой недостаток позволяет эффект «постоянного сжатия» железобетона путём предварительного напряжения (предварительного натяжения). Таким образом, вместо того, чтобы укладывать обычные стальные стержни и заливать жидким бетоном, предварительно эти стержни натягивают.

По мере застывания смеси, тугие стержни тянут внутрь, сжимая бетон и увеличивая прочность материала. В качестве альтернативы, арматура в железобетоне может подвергаться нагрузке после того, как смесь начинает затвердевать. Этот метод известен как постнапряжение (натяжение арматуры на бетон).

В любом случае, удерживание материала в сжатом состоянии – это своего рода «хитрая уловка», помогающая остановить растрескивание (предотвращает распространение трещин, если таковые образуются).

Другое преимущество метода состоит в меньшем использовании предварительно напряженного (пост-напряженного) бетона или более мелких, более тонких деталей, чтобы выдерживать те же нагрузки по сравнению с обычным железобетоном.

Что такое бетонная «болезнь»?

«Болезнь» популярного строительного материала обычно начинает проявляться по истечении некоторого времени. Временной период зависит от многих факторов. Например, строения времён Римской Империи до сего дня остаются «здоровыми»

Для современного материала характерным недостатком является «болезнь», основанная на трёх взаимосвязанных проблемах.

1. Щёлочи цемента реагируют с кремнеземом в заполнителях, что приводит к очень медленному росту новых кристаллов внутри бетона. К тому же новые кристаллы занимают больше места, чем исходные «кристаллы». В результате бетон трескается на части изнутри или отслаивается (откалывается) от поверхности, пропуская воду снаружи.
2. Вода, попадающая внутрь, в конечном итоге проникает к арматурным стержням, вызывая ржавчину и разрушение, что приводит к фатальным слабостям всей конструкции. Грязные коричневые пятна, характерные для «больного» бетона, часто вызваны ржавой водой, проникающей через трещины.
3. Вода, просочившаяся внутрь бетонной структуры через трещины, замерзает в холодное время года, образовавшийся лёд расширяется и способствует образованию трещин. Сквозь новые трещины внутрь проникает больше воды, чем увеличивается эффект дегенерации и разложения.

Воздействие цемента на окружающую среду

Растущая обеспокоенность по поводу окружающей среды, в частности, изменения климата, высветила еще одну серьезную проблему. Как выясняется, после сфер транспорта и энергетики, сфера производства цемента занимает третье место по выбросам углекислого газа в атмосферу.

Вредные выбросы на производствах цемента отмечаются значительными. Отрасль занимает третье место среди «лидеров» по выбросам углекислого газа

Технологический процесс производства цемента сопровождается выделением больших объёмов углекислого газа. Если учесть, насколько огромное количество цемента используется во всём мире, можно представить объёмы выделения карбона.

Углекислый газ выделяется двумя совершенно разными путями, в количествах, примерно, равноценных:

1. От ископаемого топлива, используемого в производстве цемента.
2. От реакции превращения карбоната кальция в оксид кальция.

Поскольку при производстве цемента диоксид углерода выделяется двумя способами, логичными видятся два способа изготовления более экологически чистого бетона.

Сжиганием угля выделяется больше парниковых газов, чем сжиганием других видов топлива, а цементные печи традиционно работают на угле. Перевод с угля на природный газ — одно из решений, так как газ выделяет меньше углекислого газа при заданном количестве энергии.

Повышение эффективности цементных печей снижает общую потребность в энергии, что также приводит к снижению выбросов углекислого газа. Также допустимо уменьшить количество цемента в бетонной смеси, используя переработанные материалы, например, летучую золу мусоросжигательных заводов.

Одной из интересных перспектив видится производство бетона, когда совсем не используется карбонат кальция. Вместо этого карбонат производится путем барботирования углекислого газа электростанций через морскую воду. Этот способ имеет общую экологическую выгоду, так как принимает вредные выбросы CO2 от электростанций, превращая карбон в строительный материал.

Еще один экологический недостаток связан с использованием заполнителей. Этот материал необходимо добывать на территории экологически чувствительных районов, таких как речные долины. Использование переработанных заполнителей (включая переработанный материал старых зданий под снос) видится возможным решением.

Источник: zetsila.ru

Бетон: характеристики и свойства

Бетон — строительный материал, получаемый из смеси воды, цемента, песка и наполнителя. По прочности он не уступает граниту или мрамору. Существует много разновидностей материала: характеристики и свойства бетона находятся в зависимости от пропорций составляющих.

Основные компоненты, входящие в состав

Пропорции ингредиентов определяют ГОСТ и СНиП. Согласно стандартам, материал содержит 4 основных составляющих:

(4 части);
• вода (0,5 части); (2 части);
• цемент (1 часть).

Современные производители также добавляют специальные вещества — пластификаторы, усиливающие прочность и пластичность сырья. Указанные пропорции универсальны.

Однако на практике соотношение компонентов зависит от марки бетона и цемента, свойств песка и щебня, добавляемых пластификаторов, условий замеса и других факторов. В промышленности при производстве стройматериала учитывается несколько десятков показателей.

Свойства

Процент основных ингредиентов, взятых при смешивании, определяет характеристики бетона. Они влияют на класс и марку материала.

Прочность

Это основное свойство сырья. Для определения прочности изготавливают эталонный куб с ребром 200 мм и подвергают его тестированию 2 способами:

1. Разрушение. Контроль прочности проходит в лабораторных условиях. Кубик размещают под пресс и подают на него нагрузку в десятки тонн. Полученный коэффициент определяет марку материала.
2. Неразрушающее воздействие. На бетон оказывают влияние отскок, ультразвук, ударный импульс. Затем специалисты рассчитывают показатели исходя из полученных результатов.

На прочность также влияют характеристики цемента и каменного заполнителя.

Плотность

Это свойство измеряется в процентах и всегда меньше 100%. В зависимости от показателей материал делится на 3 вида:

1. Легкий (500-2000 кг/м3). Если плотность до 500 кг/м3, бетон называют особо легким. Материал создают на основе мелкого или крупного пористого заполнителя. Легкое сырье используют при строительстве оград и несущих конструкций.
2. Тяжелый. Плотность материала — 2000-2500 кг/м3. Для его получения добавляют крупный песок или твердые горные породы, применяют для создания несущих плит.
3. Особо тяжелый. К этому виду относится железобетон. Его плотность выше 2500 кг/м3. Разновидность бетона изготавливают с применением стали, чугуна, барита и т. д. Тяжелый вид используют при строительстве объектов особого назначения, например, атомных электростанций.

Чем больше плотность, тем выше прочность.

Структура

Пористость не менее важный показатель, чем плотность. По структуре выделяют 4 вида материала:

1. Слитные (или плотные). В межзерновом пространстве вяжущий заполнитель. Слитные бетоны морозостойкие и влагоустойчивые, используются при производстве несущих плит.
2. Крупнопористые. У этого вида пустоты между зернами остаются незанятыми.
3. Поризованные. В межзерновом пространстве добавки, образующие газ или пену.
4. Ячеистые. В этом виде материала специально создают поры. Для этого используют комбинацию порообразующих добавок, тонкодисперстного компонента и вяжущих соединений. Ячеистые бетоны применяют для строительства теплоизоляционных конструкций и ограждений.

Пористость не означает потерю прочности материала. Для поддержания этого свойства добавляют специальные вещества.

Масса материала зависит от характеристик наполнителя. По удельному весу сырье делится на 4 вида, под его влиянием колеблется масса кубометра:

• 0,5 т. Таков вес особо легких материалов. Они применяются для теплоизоляции: ячейки занимают 85%;
• 0,5-1,8 т. Это масса легких бетонов с пористыми заполнителями или без них;
• 1,8-2,5 т. Таков вес тяжелых материалов с крупными заполнителями (гравий, щебень). Этот вид имеет широкое назначение;
• 2,5-3 т. Массу определяют тяжелые заполнители (металл, барит и др.).

Масса кубометра зависит от прочности и плотности сырья.

Водостойкость

Это свойство определяет, насколько бетон способен противостоять влаге и не разрушаться. Чтобы определить водонепроницаемость, делают 2 образца материала. Один раздавливают с помощью пресса всухую и определяют прочность.

Второй опускают в воду и дают напитаться влагой. Затем помещают образец под пресс. При коэффициенте размягчения более 0,8 материал используют для строительства пирсов, плотин. Бетон делится на марки по водостойкости, при этом маркировка обозначает уровень давления жидкости во время испытаний.

Морозостойкость

Характеристики и свойства бетона включают способность материала выдерживать оттаивание и замораживание жидкости. В поры попадает вода, которая под влиянием внешних условий замерзает, а затем тает.

Морозостойкость определяется тем, насколько бетон может выдержать многократно подобные воздействия. При этом его качество не снижается, материал не разрушается.

Теплопроводность

Это свойство передавать тепло, возникающее на поверхности материала под влиянием внешних условий. Теплопроводность бетона выше, чем у строительного кирпича, но ниже, чем у стали.

Пропорции разных марок

Марку бетона определяют по прочности материала. Она обозначается буквой М и цифрами от 50 до 1000. Популярностью пользуются марки в диапазоне от М100 до М500. Бетон М350-М500 обладает особой прочностью: он применяется для изготовления гидротехнических конструкций, строительства мостов.

Если марка — показатель средний, то класс гарантирует, что бетон выдерживает заявленное давление. Этот термин применяется в профессиональной среде. Класс обозначается буквой В и цифрами.

Марки бетона имеют состав, определяемый ГОСТом. Все компоненты в материалах взяты в определенном соотношении. Рассмотрим состав популярных марок и их назначение в таблице при условии, что используется цемент М500.

При промышленном производстве бетона подбирают марку цемента, соответствующую классу бетона. Учитывают и другие характеристики, влияющие на пропорции материалов.

Требования к цементам

Главный компонент для приготовления бетона — цемент. Существует много видов этого материала с различной вязкостью. Чаще для строительства применяют портландцемент.

Материалы делятся на марки и определяют класс конечного изделия. Цифры в маркировке цемента обозначают нагрузку в мегапаскалях, которую выдерживает сырье.

Для производства бетона от М300 требуется цемент с показателем марки выше в 2-2,5 раза. В быту популярен портландцемент М400: он достаточно прочный для домашних нужд. В промышленности используют марку М500. Она позволяет создавать сырье повышенной прочности.

Большую роль играет свежесть цемента. Такое сырье рассыпчатое, не содержит комков. Если материал впитал влагу, он не годится для производства.

Области применения

Свойства и составы бетонных смесей определяют разновидности сырья по назначению. Они распределяются на группы в зависимости от характера работ. Классификация позволяет выделить нужный вид для строительства.

Для наружных работ

Материалы, предназначенные для постройки уличных объектов, делятся на виды:

1. Железобетон. В этом сырье материал сочетается с арматурой. Материал сохраняет свойства при температуре от -40 до +60. Используется для заготовки перекрытий. Сродни ему армобетон, изготовляемый из раствора цемента с песком с помощью армирующих элементов.
2. Металлобетон (метон). Новейшее изобретение, представляющее собой композит из металлической матрицы и заполнителей (стекла, керамики, шлаков). Имеет повышенный запас прочности, что позволяет отливать заготовки без трещин. Используется для объектов с повышенным радиационным фоном.
3. Гидротехнический. Водонепроницаемый бетон, из которого возводят здания в местах, где почва подвержена подтоплениям. Для повышения водостойкости используют заполнитель, который предварительно гранулируют.
4. Силикатный. Делают сырье с применением кремния и извести, иногда кварца. В качестве заполнителя используют песок. При производстве подвергается воздействию пара при температуре более 170 градусов в автоклаве.
5. Керамзитобетон. В качестве заполнителя применяют керамзит, что снижает массу материала и его стоимость.
6. Перлитобетон. Заполнителем служит перлит. Это легкое сырье, из которого делают ограды.
7. Туфобетон. Сырье с вулканическим туфом, используется для стен и бетонных перекрытий.
8. Напрягающий. Готовится на основе напрягающего цемента. Последний придает сырью повышенную морозостойкость, прочность. При затвердевании материал расширяется. К группе напрягающих относится безусадочный бетон, который полностью гидроизолирован благодаря входящим в него примесям. Напрягающие виды используют в бытовом и промышленном масштабе.

Перечисленные разновидности обладают высокой прочностью, поскольку предназначены для наружного применения.

Для внутренних работ

Сырье для внутренних работ менее прочное. Но оно доступно, недорого и удобно в работе.

Выделяют несколько видов бетона для внутреннего применения:

1. Пластбетон. Материал с полимером и заполнителем из песка, используемый для заливки полов.
2. Пемзобетон. Сырье, в состав которого входит пемза. Применяют для теплоизоляции.
3. Гипсобетон. Вместо цемента для его изготовления используют строительный гипс. Заполнителями служат камень, солома и дерево. Это водорастворимый материал, применяемый только для внутренних работ.
4. Ячеистый. Этот вид используют для теплоизоляции.ґ
5. Бетонолит. Вещество, напоминающее шпаклевку. Применяется для заделывания трещин, швов в стенах зданий.

Характеристики каждой бетонной смеси зависят от ее предназначения. Отдельно стоит выделить жаропрочный бетон, применяемый в доменных печах и способный вынести высокие температуры.

Приготовление

Описание разновидностей бетона предполагает, что изготовление материала в промышленных масштабах требует тщательной подборки марки цемента, учета свойств и характеристик применяемых компонентов.

Бетонные блоки и жидкое сырье, получаемые на заводах, обходятся дешевле, чем производство смеси вручную в бытовых условиях. Это объясняется присутствием в промышленности добавок, снижающих себестоимость получаемого сырья.

Схема заводского производства бетона предполагает тщательную предварительную проверку ингредиентов. Они должны быть чистыми, без примесей. Особенно много хлопот доставляет щебень, поступающий с примесями горных пород.

Засыпку, вес и пропорции компонентов работники контролируют с помощью современного оборудования. Воду для приготовления водоцементной смеси берут максимально чистую. Любая химия, попавшая в жидкость, повлияет на свойства конечного продукта. Технология предполагает несколько ступеней очистки воды.

Мешают вещества с помощью БСУ (бетоносмесительной установки). Для заливки фундамента сырье транспортируют в жидком виде к месту строительных работ.

Как правильно замесить

Чтобы смешивать компоненты, отлично подходит бетономешалка. Оборудование позволяет получить качественное однородное сырье. Если нет специального устройства, воспользуйтесь дрелью с венчиком для замеса.

Такой способ более трудоемкий, но гарантирует получение качественного материала. Для этого понадобится ведро или другая глубокая емкость. Месить бетон лопатой не рекомендуют. Продукт получится неоднородным и может быстро застыть.

Определение пропорций веществ проводите с помощью таблиц с марками бетона и соотношением ингредиентов в составе. Предварительно узнайте объем бетономешалки или емкости и высчитайте вес компонентов. В обычной бетономешалке помещается 200 л.

Готовить сырье можно 2 способами. Разница между ними заключается в порядке добавления составляющих:

• налейте в бетономешалку немного воды. Добавьте цемент, перемешайте. Затем подсыпьте песок и щебень;
• все сухие ингредиенты перемешайте и долейте воду.

Во время приготовления следуйте правилам:

• песок засыпайте сразу после цемента, дайте материалам пару минут, чтобы смешаться;
• добавьте воды, перемешивая цемент;
• в раствор из песка и цемента высыпьте щебень;
• добавки, пластификаторы кладите на последнем этапе;
• регулируйте вязкость и плотность сырья добавлением воды.

Готовую смесь используйте, чтобы забетонировать дорожки, залить фундамент для небольшой постройки, сделать лестницу, подъезд для машины.

Возникновение бетона еще в древние времена во многом определило технический прогресс. Сегодня ученые разрабатывают новые виды материала с улучшенными свойствами. В то же время сырье легко изготовить в домашних условиях и использовать в бытовых целях.

Источник: glavnerud.ru