Свойства бетонной смеси

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.

Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап

Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси — подвижность и жесткость.
Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков.
Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность

Виды добавок

Добавки используются с целью корректировки каких-либо свойств бетонной смеси. Их производство и применение регламентируется государственными стандартами. Природа материалов может быть органической и искусственной.

Для строительных работ в суровых условиях относительно низких температур актуально добавление противоморозных присадок (пластификаторы, сульфаты, антифризы). Они способствуют правильному высыханию смеси при -30-100 градусах по Цельсию. Правда, нужно быть готовым к возможному появлению высолов и токсичности, которая ограничивает применение для возведения жилого сектора.

Нередко бетонные конструкции контактируют с грунтом или находятся непосредственно в водоемах. В таких случаях наружного гидробарьера не достаточно из-за пористости материала. Поэтому используются добавки, направленные на снижение водопроницаемости (парафин, октадекановая или нафтеновая кислота). Но их применение сопровождается повышением теплопроводности.

Рисунок 4. Добавки в бетонную смесь

На прочность влияют твердый наполнитель и арматура, что также сказывается на толщине стяжки. Если нужно уменьшить этот параметр и повысить механическую устойчивость, то пригодятся присадки (мыльный или порошковый раствор, хлористый кальций) или фиброволокно.

Обработка

Ряд операций в процессе строительства нередко выполняется до набора бетоном марочной прочности. Типичные примеры — прорезка деформационных и усадочных швов, бурение отверстий под коммуникации.

С какого момента возможна обработка?

Чем она выполняется?

• Все операции рекомендуется проводить не ранее чем через неделю после укладки стяжки, заливки монолита или оштукатуривания. К этому времени бетон набирает не менее 40-50% марочной прочности.
• Используемые методы и инструменты должны оказывать минимальное деструктивное воздействие; в первую очередь стоит избегать ударных нагрузок. Скажем, алмазное бурение отверстий в бетоне куда более предпочтительно, чем использование победитовой коронки; резка железобетона алмазными кругами заставит его растрескаться с куда меньшей вероятностью, чем работа отбойным молотком.

Нарезка деформационных швов алмазной пилой.

Обработка результатов

От
результатов испытаний обычно зависит, можно ли эксплуатировать конструкцию с
нагрузками, предусмотренными в первоначальном проекте. Если прочность и другие
показатели слишком низкие – реализуются дополнительные меры для укрепления
конструкций. Их разрабатывают заранее. В этом случае бетон может проходить
несколько методов обработки:

1. С  помощью пара. На удобоукладываемость бетонной смеси он тоже может влиять.
2. Когда поверхность поливают водой.

Поставщик назначает цену собственных изделий, когда самостоятельно проведёт необходимые испытания. В процессе перевозки материалы часто меняют первоначальные свойства, поэтому каждый, кто занимается реализацией, проводит испытания повторно. Для них определение удобоукладываемости бетонной смеси тоже имеет значение.

Испытания
также учитывают другие характеристики:

• Водонепроницаемость.
• Морозостойкость.
• Деформации.
• По растяжению.

Для чего используется?

Используют высокую марку для ремонта полос аэропорта.

Сухой бетон применяется для укладки фундаментов, отмосток и износоустойчивых полов. В качестве вспомогательного материала смесь используется для подготовки оснований для подвалов, гаражей, цехов, мастерских. Сухие бетонные смеси подходят для заливки бетона, оштукатуривания стен и фасадов, кладки кирпичей, сооружения гидроизоляции, отделки ЖБИ и бетонных сооружений. Высокие марки сухих смесей применяются для ремонта автомагистралей, полос аэропортов.

Сухой бетон идеально подходит для выполнения небольших работ в ограниченном пространстве. Это позволяет экономить средства на организации полноценной строительной площадки с дорогостоящей техникой.

Заполнители — щебень и песок

Состав бетона определяется теми функциями и характеристиками бетона, которые необходимы при его эксплуатации. Наиболее распространенные — песок и щебень. К ним предъявляются не менее жесткие требования, чем к качеству цемента. Иногда используют гальку, но только если она имеет острые грани, а не округлые. При наличии ломанных линий лучше сцепление заполнителя с раствором, в результате прочность бетон имеет значительно выше.

Песок

Строительный песок может быть речным или карьерным. Речной стоит дороже, но он, как правило чище и имеет более однородное строение. Его лучше использовать при составлении бетона для заливки фундамента, стяжки. Для кладки или штукатурки уместно использовать более дешевый карьерный песок.

Кроме происхождения, песок различают по фракциям. Для строительных работ используют крупные или средние. Мелкие и пылеватые не подходят. Нормальный размер зерен песка — от 1,5 мм до 5 мм. Но оптимально в растворе он должен быть более однородным, с разницей в величине зерен в 1-2 мм.

Песок должен быть чистым, лучше с одинаковыми размерами зерен

Важна также чистота песка. В нем точно не должно быть никаких посторонних органических включений — корней, камней, кусков глины и т.п. Нормируется даже содержание пыли. Например, при замесе бетона для фундамента количество загрязнений не должно превышать 5%. Определяется это опытным путем. В полулитровую емкость засыпается 300 мл песка, все заливается водой. Через минуту, когда песчинки осядут вода сливается и заливается снова. Так повторяют до тех пор, пока она не будет прозрачной. После этого определяют, сколько песка осталось. Если разница не более 5%, песок чистый и его можно использовать при замесе бетона для фундамента.

Для тех работ, где наличие глины или извести только плюс — при кладке или штукатурке — особо заботиться о чистоте песка нет необходимости. Органики и камней быть не должно, а наличие глиняной или известковой пыли только сделает раствор более пластичным.

Щебень

Для ответственных конструкция — перекрытий и фундаментов — используется дробленый щебень. Он имеет острые грани, которые лучше сцепляются с раствором, придавая конструкции большую прочность.

Фракции щебня стандартны:

• особо мелкий 3-10 мм;
• мелкий 10-12 мм;
• средний 20-40 мм;

• крупный 40-70 мм.

В бетоне используют одновременно несколько разных фракций. Самый крупный фрагмент не должен превышать 1/3 размера самого маленького элемента заливаемой конструкции. Поясним. Если заливается армированный фундамент, то элемент конструкции, который принимается в расчет — армирование. Находите два элемента, расположенных ближе всех. Самый крупный камень не должен быть больше 1/3 этого расстояния. В случае с заливкой отмостки самый маленький размер — толщина бетонного слоя. Щебень выбираете так, чтобы он был не больше трети ее толщины.

Мелкого щебня должно быть порядка 30%. Остальной объем поделен между средним и крупным в произвольной пропорции

Обращают внимание и на запыленность щебня. Особенно нежелательна известковая пыль

Если ее много, щебень моют, после — сушат, и только после этого засыпают в бетон.

Хранение заполнителей

Понятно, что стройплощадка — не самое чистое и обустроенное место.и песок и щебень часто сгружают прямо на землю. В таком случае при загрузке необходимо следить, чтобы в замес не попадала земля. Даже небольшое ее количество негативно скажется на качестве. Потому желательно насыпать заполнители на твердые площадки.

Также необходимо предохранять их от осадков. В рецептурах бетона количество составляющих дано в расчете на сухие компоненты. Учитывать влажность компонентов учатся с опытом. Если у вас его нет, приходится заботиться о состоянии и укрывать песок и щебень от дождя и росы.

Производство в условиях завода

Строительный бетон изготавливается на мобильных мини-заводах, которые оснащены автоматическим оборудованием. Это позволяет выпускать готовый продукт высокого качества. Стационарный завод по изготовлению смеси может выпускать до 60 м3 за час. Процесс производства бетона выглядит так же, как и при самостоятельном его изготовлении.

На первом этапе определяются объемы компонентов, которые после перемешиваются до однородной массы. К составу добавляется вода, чтобы получилась консистенция густой сметаны. Такой состав используется для гражданского, многоэтажного и частного строительства. Его прочностные характеристики определяются проектом, как и состав.

Типы смесей

Сухие смеси из цемента для бетона классифицируются прежде всего по области применения.

Штукатурные

Главные отличительные особенности — использование мелкофракционного заполнителя и относительно невысокая марка прочности (как правило, не более М150).

Прочность этой штукатурки и вовсе соответствует марке М50.

Ряд характеристик может различаться:

• Повышенная морозостойкость означает увеличение количества циклов заморозки и оттаивания, которое штукатурка переживет без падения прочности более чем на 5%. Она достигается добавками, способствующими уменьшению количества открытых пор при схватывании.
• Пластичность и трещиностойкость позволят штукатурке перенести изменение линейных размеров оштукатуренной конструкции при нагреве или охлаждении без признаков разрушения.
• Растворы с ускоренным схватыванием полезны при оштукатуривании сложных поверхностей — потолков, несущих балок, карнизов и т.д.

Кладочные

Как правило, это простые составы из песка и цемента. В некоторых случаях присутствуют противоморозные добавки; марочная прочность и в этом случае редко превышает М150. Для газобетона и пеноблоков в качестве заполнителя используется особо мелкий песок: эти материалы требуют минимальной толщины шва.

Стяжки, пескобетоны

Ключевая особенность — использование заполнителя сравнительно крупных фракций (крупного песка и/или мелкого гравия, отсева и т.д.). Благодаря этому достигается минимальная усадка при схватывании; кроме того, свежезалитая стяжка не дает трещин.

Укладка полусухой стяжки.

Прочность — М200 — М350 — и повышенная подвижность позволяют использовать пескобетоны для фундаментов и монолитных работ (перекрытий, фундаментов, балок).

Универсальные

Наиболее востребованы универсальные смеси со стандартным набором характеристик, позволяющим использовать их и для монолита, и для стяжки, и для оштукатуривания. Они используются прежде всего при ремонте, когда незначительный расход сухой смеси Пескобетон М300, штукатурной смеси и цементной шпаклевки делает нецелесообразной закупку партий каждого материала.

Как приготовить бетонную смесь?

Изготовление бетона – это долгий и трудный процесс. Сначала по рецепту лаборатории отмеривают в сухом виде требуемое количество цемента и заполнителей. Затем взвешенные составные части высыпают в бетономешалку и одновременно подают в нее воду. Бетономешалку приводят в движение в помощью электродвигателя.
Цель перемешивания – это получение из зернистых материалов однородной смеси. Продолжительность перемешивания устанавливают заранее. После перемешивания исходные материалы образуют пластичную смесь, похожую на тяжелую жидкость. Поэтому свежеприготовленный бетон называют не бетоном, а бетонной смесью. Лишь через некоторое время смесь затвердевает и
превращается в камень, а окончательную прочность приобретает еще позже. Этот камень и является бетоном. Однородность бетонной смеси – одно из важнейших к ней требований: если смесь будет неоднородной, бетон буден неодинаково прочным в различных участках конструкции и легко может разрушиться при нагрузке. Как же узнать, однородна полученная смесь или нет? Для этого из разных мест берут несколько проб объемом, превышающим размеры самого крупного зерна заполнителя. Если все пробы имеют один и тот же постоянный состав, т. е. одинаковое количество щебня или гравия, песка цемента и воды, то бетонную смесь можно признать однородной

После перемешивания бетонную смесь часто приходиться транспортировать от бетономешалки к месту укладки, при этом очень важно, чтобы смесь сохранила свою однородность, так как при перевозке смеси угрожает расслаивание. Почему? Потому что зерна заполнителя в бетонной смеси стремятся опуститься

Установлено, что расслаивание будет тем больше, чем слабее сцепление между раствором и заполнителем. Расслаивания бетонной смеси при перевозке можно избежать, если продолжить перемешивание смеси во время движения в автобетономешалке.

Области применения

С тем, какие требуются материалы для бетона в каких пропорциях определились, но какая марка нужна? Это зависит от назначения конструкции и условий ее эксплуатации. Проще будет ориентироваться, если будете знать, какие марки бетона для чего могут быть использованы (назовем только те, которые применяются при строительстве частного дома, его ремонте или обустройстве участка).

М100 (В7,5). Это так называемый тощий бетон. Его используют в для подготовки площадки под ответственные конструкции. Например, при строительстве ленточного фундамента на гравийно-песчаную подсыпку укладывают слой тощего бетона, а после начинают работы по армированию. Этот же состав применяют при укладке бордюрного камня, например при изготовлении дорожек или отмостки вокруг дома.

М150 (В12.5). Этот состав применяют при подготовке под плитный фундамент, для стяжек, заливки бетонных полов или садовых дорожек. Этот вид бетона может использоваться для изготовления фундаментов под небольшие легкие постройки типа деревянной бани или небольшого гостевого дома из бруса или бревна.

М200 (В15). Одна из наиболее популярных марок бетона. Из него делают фундаменты любого типа для легких домов на нормальных грунтах, стяжки, лестницы, отмостки, дорожки. Из бетона этой марки изготавливают цементные блоки в домашних условиях, его же используют на заводах для изготовления фундаментных и строительных блоков.

Соотношение цемента и песка для бетона влияет на прочностные характеристики

М250 (В20). Область применения практически та же, но в более сложных условиях. Делают любые фундаменты на сложных грунтах, или на нормальных, но для домов, построенных из тяжелых материалов. Делают отмостки, которые будут использоваться как дорожки, наружные лестницы, бетонируют крыльцо, заборы и т.п. Также из него делают плиты перекрытия при небольших нагрузках.

М300 (В22,5). Также подходит для всех перечисленных выше областей, но в еще более суровых условиях эксплуатации. Изготавливают фундаменты под тяжелые дома на пучныстых грунтах, делают монолитные стены, дорожки, водонепроницаемую отмостку и т.п. Из этой марки бетона в основном делают плиты перекрытия и ростверки для свайно-ростверковых фундаментов.

М350 (В25). Прочность этой марки для частного строительства в основном чрезмерна. Это бетон используется для строительства монолитных чаш бассейнов или для изготовления фундаментов при высоком уровне грунтовых вод, для других сооружений, требующих высокой водостойкости. Эта марка уже чаще используется в промышленном строительстве.

Транспортировка готовой смеси

Для транспортировки смеси с места приготовления к месту строительных работ используют различные типы грузовых автомобилей. Их выбор зависит от дальности перевозки, состава, необходимого объема. К таким автомобилям относятся:

• Автобетоносмесители.
• Автобетоновозы.
• Авторастворовозы.

Автобетоносмесители используются для быстрой перевозки пластичных материалов на расстояние до 70 км. Они могут готовить раствор в процессе движения из сухого готового состава. Машины снабжены оборудованием, позволяющим сохранить качество продукции во время ее перевозки.

Длительность перевозки готового бетонного состава зависит от температуры на выходе из смесителя. Чем выше температура, тем меньше времени допускается на его доставку. Перевозка сухих составляющих не ограничена временем. Добавление воды, перемешивание начинают за 30 минут до прибытия на строительную площадку.

Иногда для перевозки бетонного раствора используют автосамосвалы. Это не очень удобное средство перевозки. Трудно защитить материал от замерзания, подсушивания, утечки. Приходится долго чистить кузов автомобиля после перевозки.

Для перемещения бетона в пределах строительной площадки используются бетононасосы, бетононагнетатели. Они перемещают состав по трубопроводам, при этом сохраняются его качественные характеристики, минимизируются потери. Трубы удобно использовать при работах в стесненных условиях, местах ограниченного доступа.

Автобетононасосы, стационарные бетононасосы

Состав и свойства

Сухие бетонные смеси представляют собой готовый полуфабрикат со всеми требуемыми компонентами, кроме воды. Чаще всего список составляющих такого бетона следующий:

• Портландцементы повышенной прочности от М 400 и дальше.
• Чистый песок.
• Гранулы уплотнителя величиной не более 2 см.
• Различные добавки: известняковые порошки, пластификаторы, уплотнители, вещества, уменьшающие способность бетона впитывать влагу — гидрофобизаторы.

Все сухие бетоны отличаются хорошим уровнем прочности, адгезии и устойчивости к разрушению и деформации. Кроме того, они паропроницаемы, что позволяет уменьшить до минимума скопление конденсата и повышение влажности внутри помещения. А также такие бетоны с легкостью выдерживают довольно низкие температуры, это позволяет использовать их в любой климатической зоне без ущерба для качества постройки.

Бетонировать при помощи сухого бетона можно фундаменты, участки с постоянной нагрузкой, а также заливать полы или использовать в других подходящих целях — затирать швы, штукатурить стены и так далее.

Плотность сухой смеси в среднем 1600 кг/м3, готового раствора — примерно 2180 кг/м3. Усредненное количество воды для приготовления бетона — 110−120 г на 1 кг сухого материала.

Эксплуатационные свойства

Прочность на сжатие

Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие. По ней устанавливается класс бетона.

Класс бетона В  — это кубиковая прочность в МПа, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (доверительной вероятностью) 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в пяти случаях можно ожидать его не выполненным.

Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что стандартные кубики (150×150×150 мм), изготовленные из бетона данного класса, в 95 % случаев выдерживают давление 25 МПа. Для расчёта показателя прочности необходимо учитывать и коэффициенты, например, для бетона класса В25 по прочности на сжатие нормативное сопротивление Rbn, применяемое в расчетах, составляет 18,5 МПа, а расчётное сопротивление Rb — 14,5 МПа.

Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток.

Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см². ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %:

Из актуальной версии ГОСТ 26633-2015 данная таблица изъята, так как вводит в заблуждение.

До момента испытаний образцы бетона должны храниться в камерах нормального твердения, проверка прочности готовой конструкции может осуществляться неразрушающими методами контроля с помощью молотков Кашкарова, Физделя или Шмидта, склерометров различных конструкций, ультразвуковых приборов и других.

Удобоукладываемость

Согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», по удобоукладываемости (обозначается буквой «П») различают бетоны:

• сверхжёсткие (жёсткость более 50 секунд);
• жёсткие (жёсткость от 5 до 50 секунд);
• подвижные (жёсткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).

ГОСТ устанавливает следующие обозначения бетонных смесей по удобоукладываемости:

Показатель удобоукладываемости имеет решающее значение при бетонировании с помощью бетононасоса. Для прокачки насосом используют смеси с показателем удобоукладываемости не ниже П2.

Другие важные показатели

• Прочность на изгиб.
• Морозостойкость — обозначается латинской буквой «F» и цифрами 50-1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон.
• Водонепроницаемость — обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 20, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки.

Для испытаний бетона на морозостойкость и водонепроницаемость используются испытательные климатические камеры.

Уход за бетоном, обработка после распалубливания

После укладки бетонной смеси наступает период выдержки, который длится до получения бетоном необходимой прочности. В этот период осуществляется уход за бетоном.

В сухую погоду при температуре 15°С и выше поверхность бетона систематически увлажняют, поливая ее водой. Бетоны на портландцементе необходимо поливать на протяжении 7 суток. Первые три дня бетон поливают через каждые три часа и 1 раз ночью, а в последующие дни не реже 3-х раз в сутки. Бетоны на шлакопортландцементах, которые имеют меньшую активность, поливают на протяжении 14 суток, а на высокоактивных глиноземистых цементах — на протяжении 3х суток.

В жаркую сухую погоду при температуре более 15°С открытые распалубленные поверхности бетона необходимо защищать от солнца, укрывая их рогожами защитными пленками.

В период выдерживания бетона до приобретения им прочности не менее 1,5 МПа движение людей и установка рихтовок по забетонированной поверхности запрещены.

Обработка поверхностей конструкций состоит в исправлении дефектов, выявленных после распалубливания: пустот, каверн, раковин, их расчищают, потом заполняют бетонной смесью или раствором под давлением. Для придания поверхности бетона соответствующего вида ее обрабатывают пескоструйными аппаратами, шлифуют и т.д.