В условиях определенных проектов иногда возможность обработать материал может иметь более приоритетное значение, чем сохранение его структурной целостности. В этом контексте вода играет ключевую роль в обеспечении качественного выполнения работ.
Состав бетона: из чего состоит бетонная смесь, пропорции и соотношение компонентов
Бетон – это строительный материал, который активно используется как в городском, так и в промышленном домостроении. Значительное разнообразие различных видов бетона позволяет находить оптимальные решения для разных задач.
Среди всех видов бетона тяжелый бетон занимает лидирующие позиции по популярности. В качестве важнейшего компонента в таком бетоне используется цемент в соответствии с требованиями, установленными стандартом ГОСТ 26633-2015. Для легкого бетона, отличающегося повышенными теплоизоляционными качествами, используются такие материалы, как газобетон и пенобетон. Эти материалы соответствуют стандартам ГОСТ 25820-2014.
При производстве легких бетонов некоторые производители применяют вспученные глиняные агломераты, так как они способны существенно уменьшить вес конечного продукта. Эти агломераты часто используются в качестве вяжущего материала, что подчеркивает их универсальность в современных строительных технологиях.
Рабочая среда имеет критическое значение при перекачке бетона, поэтому достаточно важно использовать насос минимум класса P4.
Содержание
История использования бетонных смесей насчитывает более шести тысяч лет, начиная с Месопотамии, и имеет широкое применение в архитектуре Древнего Рима.
После распада Римской империи рецепт нанесения бетона был утерян на долгие века. Современный бетон стал известен благодаря работам инженера И. Джонсона в 1844 году, за которым последовал патент на портландцемент, выданный Джозефом Аспдином в 1824 году. Проверка так называемого «римского цемента» была осуществлена Джеймсом Паркером, который получил патент уже в 1796 году.
На мировом уровне производители бетона следуют за лидерами. Например, в 2006 году Китай произвел 430 миллионов кубических метров бетона, тогда как США обеспечили 345 миллионов кубометров в 2005 году, снизив объем до 245 миллионов кубических метров к 2008 году. Россия, хотя и с меньшими объемами, произвела 52 миллиона кубических метров бетона в 2008 году.
Изготовление
Процесс изготовления бетона включает в себя смешивание цемента, песка, других связывающих материалов и воды. Пропорции этих компонентов варьируются в зависимости от качества используемого цемента, фракции песка, влажности и инертности материалов. Кроме того, в составе смеси могут присутствовать различные добавки, такие как пластификаторы и водоудерживающие компоненты. Тем не менее, цемент и вода выступают в роли главных соединительных элементов, формирующих прочность конечного материала.
К примеру, для получения высокого качества бетона марки 200 с использованием цемента марки 400 применяется соотношение ингредиентов 1:3:5:0,5. Это означает, что на одну часть цемента приходится три части песка и пять частей щебня, плюс 0,5 части воды. Если же в процессе использования используется цемент марки 500, вполне вероятно, что такая зависимость обеспечит уровень прочности на уровне 350. Существует прямая зависимость: чем ниже соотношение воды к цементу (В/Ц), тем выше прочность бетона. Хотя теоретически для гидратации цемента хватает даже 0,2 ПДК, на практике, учитывая низкую пластичность бетона, оптимальные значения как правило находятся в пределах 0,3-0,5 ПДК.
Одной из распространенных ошибок при производстве бетона является избыточное добавление воды, что, безусловно, приводит к увеличению подвижности смеси, но одновременно снижает прочность конечного продукта в несколько раз.
Сопротивление сжатию
Ключевой характеристикой, определяющей качество бетона, является его устойчивость к сжатию, которая служит основой для классификации бетона по прочности. Согласно СниП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», прочностная категория обозначается латинской буквой «B» с цифровым значением, указывающим на способность материала выдерживать давление в мегапаскалях (МПа). Например, бетон, обозначаемый как B25, способен противостоять давлению в 25 МПа в 95% случаев. При этом стандартное сопротивление для класса B25 составляет 18,5 МПа. Возраст бетона также влияет на его прочность; он фиксируется в проектных документах в зависимости от расчетных нагрузок, методов строительства и стадии созревания материала. В ситуациях, когда отсутствуют данные об условиях эксплуатации, категория бетона определяется на основании его прочности в возрасте 28 дней.
Класс прочности, обозначаемый в документации латинской буквой «М», также отличается от марки. Он указывает прочность на сжатие бетона, выраженную в кгс/см² и колеблется от 50 до 1000. В соответствии с ГОСТ 26633-91 «Бетон из тяжелых и мелкозернистых материалов. Технические условия» существует таблица, показывающая взаимосвязь между классами и категориями, с учетом коэффициента вариации прочности бетона на уровне 13,5%.
| Классы бетона по прочности | Ближайшая прочность бетона |
|---|---|
| B3.5 | M50 |
| B5 | M75 |
| B7.5 | M100 |
| B10 | M150 |
| B12.5 | M150 |
| B15 | M200 |
| B20 | M250 |
| B22.5 | M300 |
| B25 | M350 |
| B27.5 | M350 |
| B30 | M400 |
| B35 | M450 |
| B40 | M550 |
| B45 | M600 |
| B50 | M700 |
| B55 | M750 |
| B60 | M800 |
| B65 | M900 |
| B70 | M900 |
| B75 | M1000 |
| B80 | M1000 |
Чтобы проверить прочность незатвердевшей смеси, можно воспользоваться стандартной камерой для твердения, а для оценки прочности конечной конструкции рекомендуется применять молоток Кашкарова, Физделя или Шмидта.
Упрощенный
Согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические характеристики», бетоны делятся на категории по обрабатываемости, обозначаемым буквой «Р». Эти категории включают:
- Очень твердые смеси (твердость более 50 секунд);
- Жесткие смеси (жесткость от 5 до 50 секунд);
- Мобильные смеси (жесткость менее 4 секунд, которые дополнительно подразделяются в зависимости от усадки конуса).
ГОСТ также предоставляет таблицу типовых бетонных смесей в соответствии с их обрабатываемостью:
| Степень обрабатываемости | Правило жесткости, s | Усадка конуса, см |
|---|---|---|
| Очень жесткая смесь, с | ||
| SZH3 | Более 100. | -s |
| СЖ2 | 51-100 | -s |
| SG1 | Менее 50 | -s |
| Ж4 | ||
| 31-60 | -30 | -s |
| 21-30 | — Ж2 | -s |
| 11-20 | — Ж1 | -s |
| 5-10 | — Ж2 | -s |
| P1 | ||
| 4 или менее | 1-4 | P2 |
| -5-9 | -s | P3 |
| P4 — P5 — P6 — P7 | -s | P4 |
| — | -s | P5. |
| — 21 | -s | Следует учитывать, что конечный продукт не предполагается для длительного хранения, а используется сразу же на различных строительных площадках. Хотя для мелких частных строительных проектов допустимо подготовить смесь вручную на строительной площадке, это решение невозможно для крупных проектов, где требуется промышленное производство бетона. |
Основными характеристиками бетона являются высокая прочность и предел прочности на сжатие. Класс прочности на сжатие обозначается буквой «В», за которым следует число от 3 до 40, а класс долговечности обозначается буквой «М», также с числом от 50 до 1000. Это число обозначает максимальную нагрузку, которую может выдержать бетон. К примеру, маркировка M300 говорит о том, что максимальная нагрузка на квадратный сантиметр не должна превышать 300 кг.
Принцип маркировки бетона
Различные марки бетона, такие как М200 и М250, находят активное применение в частном строительстве. Бетон М300 и М350 подходит для закладки фундаментов двухэтажных домов, в то время как М400 применяется реже, и в основном используется для возведения тяжелых сооружений в сложных условиях рельефа. Высокие марки бетона, как правило, относятся к специализированным проектам и применяются значительно реже.
В следующей таблице представлено соответствие между прочностью бетона и прочностью на сжатие, что служит важным ориентиром для проектирования в частном строительстве.
Классы бетона по прочности на сжатие:
| Прочность бетона на сжатие кг/см2 | Ближайшая прочность бетона | Ближайшая прочность бетона |
|---|---|---|
| 65.5 | M 75 | B 7.5 |
| 98.2 | M 100 | B 10 |
| 131.0 | M 150 | B 12.5 |
| 163.7 | M 150 | B 12.5 |
| 196.5 | M 200 | B 20 |
| 261.9 | M 250 | B 22.5 |
| 294.4 | M 300 | B 25 |
| 327.4 | M 350 | B 30 |
| 392.9 | M 400 | B 35 |
| 458.4 | M 450 | B 40 |
| 523.5 | M 500 | Оценка необходимой пропорции и качества бетона зависит от предназначения конструкции и специфических условий эксплуатации, которые будут актуальны в рассматриваемом проекте. Важно иметь четкое представление о том, какие характеристики бетона необходимы для тех или иных условий. |
M100 (B7.5) – это особая категория бетона, известная как «тощий бетон», который применяется для строительства оснований для критически важных конструкций. Например, при закладке ленточных фундаментов на гравийно-песчаном основании используется слой тощего бетона, который необходимо заливать перед армированием. Также данный тип используется для обустройства дорожек и тропинок вокруг жилых объектов.
M150 (B12.5) – это качественная бетонная смесь, которая находит применение при создании легких конструкций, таких как подготовка оснований под укладку плит для заливки бетонных полов и в строительстве садовых дорожек. Кроме этого, этот тип бетона может быть использован в строительстве небольших легких сооружений, например, деревянных ванных комнат.
M200 (B15) – это одна из самых популярных марок бетона, который используется для строительства фундамента легких домов на нормальных грунтах, а также для создания заливок лестниц и дорожек. Этот тип бетона можно изготавливать как вручную, так и на заводах для массового производства строительных элементов.
Недостаток в соотношении бетона и цемента напрямую влияет на прочностные характеристики конечной конструкции.
M250 (B20) – это бетон, аналогичный предыдущему, однако его используют в более строгих условиях. Подходит для фундамента на сложных грунтах, а также для строительных объектов из более тяжелых материалов. Его также используют для создания отмосток, наружных лестниц и бетонных террас.
M300 (B22.5) – этот тип бетона подходит практически для всех вышеперечисленных применений, но предназначен для более серьезных условий эксплуатации. Он может использоваться в выполнении тяжелых конструкций на рыхлых почвах, а также для создания монолитных стен и троп.
M350 (B25) – отличается высокой прочностью, что делает его идеальным для частного строительства. Применяется для возведения фундаментов на уровне грунтовых вод, для создания монолитных бассейнов и в тех случаях, когда требуется высокая водонепроницаемость. Этот бетон также часто используется при промышленном строительстве.
M400 (B30) – это высокая марка бетона, которая требует особого внимания в местах с повышенными требованиями. К ним относятся большие бассейны, плотины и банковские хранилища, требующие исключительно надежных характеристик.
Для выполнения специфических задач большого объема целесообразно заказывать бетон на специализированных заводах. Изготовление больших объемов раствора вручную или даже в бетономешалках представляет определенные трудности, а укладка порций требует дополнительных усилий для обеспечения правильной последовательности слоев. Тем не менее, бетоны можно изготавливать вручную, и тогда необходимо следовать двум важным этапам.
Приготовление бетона
На первом этапе необходимо высушить песок и цемент, а затем соединить их до получения однородного цвета. После этого добавляется щебень, и компоненты мешаются снова, прежде чем объединить их с необходимым количеством воды.
- В первом варианте после добавления воды следует всыпать цемент. После того, как компоненты смешаны, добавляется песок, а затем щебень.
- Однако в этом варианте прочность бетона может снижаться из-за плотного смешивания на дне емкости. Чтобы избежать этой проблемы, все части смеси нужно тщательно перемешать, что, впрочем, не должно длиться слишком долго, пока раствор не начинает затвердевать.
Вторая методика имеет свои недостатки. Для достижения однородной массы цемента (попробовать сложить цемент с водой) потребуется значительное количество времени, что может привести к нехватке времени для образования нужных инертных соединений. Как правило, при этом процесс вяжется, и прочность конечного продукта может оказаться ниже планируемого уровня.
Хотя многие из этих работ могут быть выполнены при помощи бетономешалок, в их использовании также есть свои проблемы. Например, бетон регулярно доставляется на строительные площадки с использованием тележек. Объем, который можно перевезти за раз, обычно невелик, и оставшийся бетон часто помещается в миксере. Это позволяет хоть немного сохранить качество, но длительное перемешивание может привести к расслоению бетона и потере его прочности. Поэтому оптимально организовать работу так, чтобы по мере необходимости авторазвозка была достаточно большой.
Несколько меньшее количество бетона возможно замешивать вручную.
Вопрос, как правильно замесить бетон, всецело зависит от ваших предпочтений. Если объем потребностей небольшой, работа выполняется вручную. Однако необходимо быть внимательными к процессу. Для заливки фундамента наилучшим решением будет заказать бетономешалку, или возможно использовать несколько бетономешалок в зависимости от требуемых объемов. Далее для устранения неоднородностей в смеси (хоть это и не является оптимальным) используйте вибратор, чтобы значительно улучшить качество конечного продукта.
Теперь обсудим требования к бетонным элементам, их размеры и допустимые характеристики качества.
При подготовке бетона нужно обеспечить, чтобы каждый гравий был хорошо окружен раствором, так как это обеспечивает качественную прочность. Недостаток раствора или использование грязного гравия приведет к ослаблению прочностных характеристик бетона. В то же время чрезмерное содержание цемента (так называемый жирный бетон) увеличивает риск растрескивания.
При подготовке раствора необходимо учитывать, что в процессе смешивания смесь значительно усаживается. Цемент должен использоваться в количестве, которое в 2-3 раза превышает категорию бетонной смеси. Щебень, в свою очередь, нужно получать таким образом, чтобы его прочность была в два раза больше ожидаемой прочности бетона. При смешивании важно точно отмерять компоненты с использованием мерного ковша, поскольку это значительно упрощает процесс.
Советы
При замесе бетона в бетономешалке начните с добавления воды, затем всыпьте цемент, направляя его в жидкую массу, а после этого добавьте заполнитель. Эта последовательность обеспечивает равномерное распределение всех частиц в смеси.
При ручном замешивании сначала отмеряйте необходимое количество заполнителя (наполнителя) и высыпьте его на рабочую поверхность. Затем сверху добавляется ведро цемента, который следует смешать до образования однородной серой массы, после чего формируется углубление, в которое поочередно наливается вода, постепенно добавляя ее в смесь, пока не получится требуемая консистенция.
Обратите внимание, что соотношение цемента и песка в смеси бетона существенно влияет на его прочностные характеристики, что может непосредственно повлиять на качество конечных работ.
