Свойства бетонной смеси

Применение бетона

Применение бетона

В большинстве случаев бетон является основным компонентом для формирования и последующего возведения фундамента любого строения. Стоит отметить, что этот материал может быть применён вне зависимости от того, какова структура строения:

• кирпичная,панельная,из шлакоблока.

Несмотря на то, что возведение любого фундамента не обходится без применения большого количества бетона, не стоит считать, что сфера его использования ограничивается лишь возведением фундаментов. При современном развитии строительных технологий без использования данного вещества невозможна кладка стен вне зависимости от того, на основе каких материалов предполагается возвести конструкцию.

Классификация прочности

Конечными свойствами материалов могут быть мороустойчивость, прочность, водонепроницаемость. Чаще всего используют добавки в виде известняка, диабаза, керамзита, гравия и гранита.

Классификация по плотности и видам наполнителей бетона:

• Легкие составы – разделяют по плотности, которая может быть равна от 0,5 т/м3 до 1,8 т/м3. Легкие материала делают с добавлением в состав вулканического стекла, керамзита и других наполнителей с пористой структурой. Облегченные бетоны, а именно их классификация помогает разделять их на пенобетонные, ячеистые и газобетонные блоки.
• Тяжелые составы – в процессе классификации этих видов составов учитывают показатель прочности, который может быть от 1,8т/м3 до 2,5 т/м3. Для тяжелых бетонов используют такие добавки, как  гранит или диабаз (т.е. горные каменные породы).
• Особо тяжелые составы – их изготовляют с использованием мелких отходов производства металлов или добавляют в состав железную руду. По виду прочности бетон имеет показатели от 2,5т/м3 и выше.

Виды бетонов

В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов.

Бетоны классифицируют:

• по средней плотности;
• по виду вяжущего вещества;
• по назначению.

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

• Особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/ куб. м.;
• Тяжелые — 1800…2500;
• Легкие -500… 1800;
• Особо легкие — менее 500 кг/куб, м.

Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях — стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).

Тяжелые бетоны с плотностью 2100…2500 кг/ куб. м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз).

Облегченный бетон с плотностью 1800…2000 кг/ куб.м. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600…1900 кг/куб, м.

Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф).

К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях.

Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные.

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцемента (20…25%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах), бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные — пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение — объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее.

В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).

Преимущества и недостатки

Он представляет собой плотный, прочный, тяжелый материал, который плохо впитывает влагу и пропускает воздух, устойчив к влиянию температур в широком диапазоне.

У него есть как преимущества, так и недостатки.

1) Достоинства

1. Прочность и износостойкость.
2. Самоуплотняемость. Со временем он становится тверже и прочнее.
3. Стойкость к нагрузкам.
4. Долговечность.
5. Пожаростойкость. Изготовленные из этого материала конструкции не возгораются, не способствуют горению.
6. Химическая нейтральность.
7. Технологичность. Можно производить изделия любой формы, придавать им при помощи добавок любой цвет.
8. Небольшая стоимость.

2) Недостатки

1. Сравнительно с чистым металлом небольшая прочность.
2. Для производства изделий и их составных элементов требуется достаточно большое количество времени.
3. Приличная масса. Даже использование легких бетонов не позволяет существенно снизить вес.
4. Вероятность появления трещин после усадки, которые необходимо отметить не влияют на свойства изделия и не обеспечивают его разрушение.
5. Низкий уровень тепло- и звукоизоляции.
6. Плохая воздухопроницаемость. Созданные из него здания требуют обустройства системы вентиляции, в случае если планируется длительное пребывание в них людей.

Бетон марки М200: государственные стандарты и некоторые особенности

Этот материал может относиться к легким или тяжелым разновидностям, что зависит от заполнителя. Пропорции регламентируются технической документацией и остаются неизменными. В состав бетона М200 входят:

• цемент;
• заполнитель;
• песок;
• добавки.

Заполнителем может выступить щебень или гравий, а вот добавки используются для повышения износостойкости, прочности и скорости схватывания. В общем случае материал обладает водонепроницаемостью класса W2, тогда как подвижность относится к классу П2. Эта смесь соответствует уровню морозостойкости F50.

Данный раствор применяется в монолитном и каркасном строительстве. Он распространён при необходимости устройства полов, формирования подбетонка и укладки стяжек. Отлично зарекомендовал себя бетон М200 при обустройстве ленточных фундаментов. Раствор идет на изготовление сборных элементов по типу лестничных маршей и тротуарной плитки.

Если бетон изготавливается по государственным стандартам 7473-94, то он соответствует нормативным требованиям. Пропорции этой смеси выглядят следующим образом: 1 единица цемента марки М500, 4,8 единиц щебня и 3,2 единицы песка. Иными словами, для того чтобы получить куб бетона, необходимо подготовить 860 кг песка, 265 кг цемента и 1270 кг мелкофракционного щебня. Объем используемой воды должен быть равен 180 л. Ее количество не должно превышать 20% от веса всех ингредиентов.

Дополнить этот бетон, ГОСТ которого был упомянут выше, можно пластификаторами, стабилизирующими веществами, гидрофобизатором, морозостойкими компонентами и присадками для увеличения прочности. Основным достоинством описываемой марки является низкая стоимость по сравнению с прочными вариантами

Поэтому если на конструкцию не будет оказываться сильное воздействие в процессе эксплуатации, то следует обратить внимание именно на эту марку бетона. Она обладает хорошей сцепляемостью с металлическими поверхностями и подходит для заливки железобетонных фундаментов

Этот бетон, ГОСТ которого обязательно должен соблюдаться, может оказаться более морозостойким, если осуществить теплоизоляционные работы. Среди отрицательных свойств этого материала следует выделить низкую степень водонепроницаемости.

Область применения

Железобетонные изделия являются широко используемым в строительстве материалом, в частности при создании:

• гражданских, жилых зданий;
• промышленных зданий;
• сооружений, инженерных конструкций и т.д.

Все используемые в строительстве элементы железобетонных изделий разделяются на следующие группы – предназначенные для создания:

• фундаментов, подземных объектов – колодцев;
• каркасов – балок, прогонов, ригелей, перемычек;
• стен – блоки, перегородки;
• межэтажных конструкций – плиты перекрытия;
• лестниц – марши.

Кроме этого, железобетон имеет узконаправленное применение. Его используют для создания:

• мостов разных  размеров;
• гидроэлектростанций не зависимо от того, в каком месте планируется их расположение;
• сооружений, которые будут контактировать с водой;
• ядерных реакторов;
• аэродромов и т.д.

Для обеспечения повышенной стойкости к воздействию влаги в бетон при создании подобных конструкций добавляют специальные вещества, которые отталкивая воду, обеспечивают ему антикоррозийные свойства.

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

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

Свойства и состав

В состав железобетона входят цемент, вода, песок и железо. В изделии используется больше бетона, чем металла. При этом удельный вес железа и конструкция стального каркаса может быть разной. Все зависит от изделия, которое планируется создать – плита, колона, свая, фундамент и т.д.

Основные свойства железобетона:

• прочность;
• надежность;
• долговечность.

Виды арматуры

Она бывает:

1) в зависимости от назначения:

• рабочей;
• выдерживающей максимальные нагрузки на растяжение;
• распределяющей нагрузки по всей плоскости изделия.

2) в зависимости от технологии производства:

• стержневой. В эту категорию входят прутки, стержни любого диаметра, изготовленные по технологии горячей прокатки;
• армирующая проволока. Производится, как из низкоуглеродистой, так и из высокоуглеродистой стали.

Поверхность армирующих элементов может быть гладкой или рифлёной.

Виды бетона

Для производства железобетонных конструкций могут использоваться как легкие, так и тяжелые бетоны. При этом зачастую используются последние.

При производстве избыточных железобетонов применяются бетоны, которые имеют прочность на сжатие не ниже класса В15. В состав изделия включается стержневая арматура классов А240, А300, А400, А500, В500, диаметр которой должен быть не меньше 40 мм. Созданная для заливки конструкция имеет вид пространственных каркасов и плоских сеток. Нередко может быть использовано жесткое армирование с применением профилированных стальных заготовок – швеллеры, уголки, двутавры.

Для изготовления перенапряженных железобетонов применяются марки бетонов В20 — В60 (относятся к тяжелым), арматурная сталь — А540, А600, А800, А1000, Вр1200, Вр1300, Вр1400, Вр1500, К1400 и К1500.

Сталефибробетоны изготавливаются из специальных бетонных смесей с применением для армирования металлических пластин небольшого размера.

Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси; жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси; связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.

Что еще влияет на прочность бетона

Прочность бетона напрямую зависит от:

• водоцементного соотношения;
• условий твердения.

Водоцементное соотношение

Водоцементным соотношением называют отношение воды к цементу. Чем меньше этот показатель, тем меньше воды в смеси, и прочнее готовый бетон.

Увеличение в/ц в смеси позволяет получить более подвижные смеси, которые хорошо растекаются и заполняют форму, но прочность такого бетона снижается.

Обычно применяют смеси с в/ц = 0,45—0,55, а для повышения подвижности и удобоукладываемости смеси в нее добавляютпластификаторы.

Пластификаторы — это специальные добавки, которые вводят в бетонную смесь в очень малых количествах, но в итоге получают немало преимуществ:

1. повышение подвижности смеси на 1—2 пункта;
2. повышение удобоукладываемости смесей;
3. увеличение срока жизни смеси, что удобно в том случае, если ее необходимо транспортировать;
4. экономию цемента до 20%;
5. экономию воды;
6. повышение плотности и прочности бетона;
7. экономию электроэнергии и трудозатрат на обработку бетона.

Условия твердения

Для качественного набора прочности необходимо создать бетону оптимальные условия:

1. температуру окружающего воздуха в районе 18° С;
2. влажность воздуха, близкую к 100%.

В этом случае все процессы будут протекать оптимально, и бетон наберет ожидаемую прочность в срок.

В случае, если условия отличаются от оптимальных, качество бетона пострадает:

1. при низких температурах процессы набора прочности замедляются, при температуре ниже 5° С они практически прекращаются;
2. при высоких температурах бетон быстро пересыхает, что приводит к снижению его прочности;
3. низкая влажность воздуха также приводит к пересыханию и торможению реакций гидратации.

Чтобы обеспечить правильный набор прочности, в неблагоприятных условиях принимают меры:

1. при работе с бетоном в условиях низких температур применяют противоморозные добавки, замес бетона на прогретых заполнителях и горячей воде, укрывание и/или прогрев бетона до достижения критической прочности;
2. в условиях низкой влажности и высоких температур поливают водой и укрывают бетон для защиты его от пересыхания.

По структуре

В зависимости от структуры застывшего раствора легкие бетоны бывают:

• Обыкновенными – получаются путем смешивания мелких заполнителей с песком и цементом. Имеют мало воздушных полостей – не более 6 %. Данная разновидность легкого бетона отличается достаточной прочностью и хорошими теплоизоляционными характеристиками.
• Крупнопористыми – производятся путем смешивания цемента с крупным пористым наполнителем без применения щебня и песка. При замешивании элементы заполнителя сцепляются друг с другом и оставляют незаполненные пустоты.
• Ячеистыми – изготавливаются с использованием пено- или газообразователя, который образует в смеси воздушные замкнутые поры. Легкий ячеистый бетон – это оптимальный выбор для ограждающих и стеновых конструкций. Он характеризуется устойчивостью к возгоранию и высокими теплоизоляционными свойствами.

Виды по технологии изготовления

Железобетонные изделия бывают:

1. В зависимости от способа изготовления:

• Монолитными. Их создают на месте ведения строительных работ. Ярким примером этого вида является фундамент. Производится он следующим образом – вырывается котлован, в котором создается опалубка, монтируется армирующая сетка, которая впоследствии, заливается непосредственно бетонным раствором.
• Сборными. Элементы будущей сборной конструкции производятся в цеху, не на месте строительства. После достижения ими готовности, они транспортируются к месту сборки.
• Сборно-монолитные. Зачастую несущее основание конструкции заливается на месте, а его верхняя часть собирается из элементов, заранее изготовленных промышленным способом.

2. В зависимости от способа армирования:

• Обычными.
• Предварительно напряженными.

Технология изготовления напряженного бетона достаточно проста и ничем особо не отличается от применяемой при производстве обычного. Единственным отличием является то, что армирующая сетка предварительно натягивается, и после затвердевания бетона при снятии натяжителей энергия напряжения работает на сжатие, передается всему изделию, обеспечивая ему повышенную стойкость, компенсацию весовым растягивающим нагрузкам.

Перечень самых востребованных железобетонных изделий и их условные обозначения:

• железобетонные трубы (Т, ТБР, ТСП);
• колодезные кольца (К);
• дорожные плиты (ПД);
• сваи (С);
• сваи с прямоугольным сечением (СГ);
• плиты для ленточных фундаментов (ФЛ);
• блоки стен подвалов (ФБС);
• прогоны (ПРГ);
• брусковые перемычки (ПБ);
• пустотелые плиты перекрытий (Пк).

3.Классификация бетона по плотности

Классификация бетона по прочности (плотности). Плотность (прочность) бетона в первую очередь зависит от типа заполнителя. Заполнитель может быть пористым, плотным, а так же специального назначения. Также заполнители могут отличаться по фракции. Они также существенно влияют на основные свойства конечного продукта. Наиболее часто используются следующие виды: гравий, гранит, керамзит, диабаз, известняк. Именно от плотности зависит прочность на сжатие, водонепроницаемость и морозоустойчивость.

Классификация заполнителей для бетона и разновидности бетона по плотности:

Легкие бетоны — плотность которых от 500 кг/м3 и до 1800 кг/м3. Такие облегченные бетоны используют в качестве заполнителя керамзит (керамзитобетон), пемзе и другие заполнители с пористой структурой. Ячеистые бетоны, такие как газобетон и пенобетон, так же относятся к категории легких бетонов.

Тяжелые бетоны — плотность от 1800 кг/м3 до 2500 кг/м3. В таком тяжелом бетоне используются заполнители из камня горных пород: гранит и диабаз.

Особо тяжелые бетоны — плотность которых больше 2500 кг/м3 используют в качестве заполнителя металлическую стружку или железную руду.

Характеристики по разным классам

Каждый класс, как и каждый вид, обладает своими свойствами и качеством. Согласно ГОСТу есть целая линейка классов раствора, принятая как общемировой стандарт. В эту линейку входят растворы разной классности: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100. Также ГОСТ допускает промежуточные классы, например, как 27,5

Каждый из указанных видов имеет свой набор свойств, на которые нужно обращать особое внимание при выборе вида бетона. Как правило, все характеристики перечисленных видов указаны в ГОСТе, которым руководствуются при создании раствора указанных классов

Виды бетона по назначению и области применения

Классификация этого строительного материала по назначению и функциям дает возможность сделать правильный выбор при строительстве определенного объекта. Обычно, при создании особых марок бетона решается напрашивающаяся проблема использования объекта в экстремальных условиях. Это выражается в повышении требований к огнеустойчивости, вибрационной устойчивости и стойкости к морозам.

Давайте рассмотрим подробную классификацию:

1. Состав общего назначения – используется для создания фундаментов, несущих железобетонных конструкций,  в строительстве балок, колонн и плит перекрытия в многоэтажных домах.
2. Состав специального назначения – используют для создания объектов, которые должны иметь высокие показатели влагоустойчивости, а также выдерживать высокие механические нагрузки и воздействие окружающей среды, в том числе и химического вида. При помощи специальных составов можно выстроить прочные атомные станции и прочие объекты, которые предотвратят утечку радицации.
3. Гидротехнические составы – будут важны при сооружении ГЭС, дамб и водонапорных башней.

По функциональному назначению

Тип бетонной смеси в первую очередь зависит от будущего предназначения и типа эксплуатации возводимой конструкции из бетона. В зависимости от требований используют необходимые бетонные смеси. Обычно рассматриваются вопросы связанные с различными экстремальными условиями эксплуатации ЖБИ, например может требоваться повышенная устойчивость к сульфату, а так же огнеупорность, или устойчивость к вибрациям и.т.д.

Таким образом, по этому показателю отличают бетон общего назначения и бетон специального назначения, а так же бывает гидротехнический бетон и специальный бетон используемый для строительства аэродромов.

• Бетон общего назначения используется для строительства фундаментов, плит перекрытий, различных балок и всевозможных колонн, и других железо-бетонных конструкций.
• Бетон специального назначения применяется при строительстве: мостов, дорог и других конструкций, при использовании которых материал будет подвергаться особым условиям использования, например такой специальный бетон используется при возведении корпусов атомных станций, для предотвращения утечек радиации, так же бывает бетон устойчивый к огню и воздействию различных кислот.
• Гидротехнический бетон используется при возведении дамб, гидроэлектростанций, водонапорных конструкций.

Прочность бетона — это так же одна из важнейших технических характеристик бетона, которая в принципе не зависит от классификации бетона. Прочность бетона зависит от количества добавляемого вяжущего вещества и типа используемого заполнителя. Чем больше цемента добавляется в бетонную смесь, тем соответственно выше получается марка (класс) бетонной смеси. Чем прочнее заполнитель, тем прочнее будет бетон.