Бетон и железобетонные изделия – давно и уверенно занимают одно из ведущих мест среди строительных материалов.
Это обусловлено рядом преимуществ:
Большая несущая способность, что позволяет использовать в многоэтажном и особо ответственном строительстве;
Относительная дешевизна;
Простота и скорость монтажа;
Высокие показатели морозостойкости и водонепроницаемости;
Использование различных наполнителей позволяет создавать бетон с уникальными характеристиками по прочности и теплопроводности.
Состав бетона.
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 .
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.. 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. Полученный камень нельзя применять в строительстве, т.к. он при затвердевании деформируется. Объемная усадка достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности 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.
Приблизительный состав смеси - товарного бетона марки М-300:
-
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.)
В результате смешивания получается совершенно плотная взвесь. 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).
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.
Основные виды 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.
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
В общем случае бетон состоит из следующих компонентов:
- цемент,
- вода,
- мелкий заполнитель (песок),
- крупный заполнитель (щебень, керамзит и т.д.).
При соприкосновении вода и цемент вступают в химическую реакцию, в результате которой образуется своеобразный гель. В процессе перемешивания бетонной смеси этот гель обволакивает отдельные зерна заполнителей, постепенно твердеет и образует цементный камень, скрепляющий зерна мелких и крупных заполнителей в монолитный материал - бетон.
Существует несколько признаков, по которым бетон делят на классы. Наиболее важные из них:
- средняя плотность;
- вид заполнителя.
В производстве железобетонных изделий в основном применяют тяжелый бетон (т.е. с плотностью от 2200 и до 2500 кг/м3 на плотных заполнителях) и бетон на пористых заполнителях (т.е. облегченный или легкий с плотностью от 500 до 2200 кг/м3 с пористым заполнителем: керамзит, пемза и т.д.). Легкий бетон как правило, имея меньшую несущую способность, обладает меньшей теплопроводностью, что позволяет его использовать для создания стеновых материалов для «теплых» помещений.
Основные характеристики бетона:
- прочность на сжатие;
- морозостойкость;
- влагостойкость.
Проектная марка бетона на осевое сжатие (М, кгс/см2) - временное сопротивление сжатию бетонных кубов с размером ребра 15 см, испытанных через 28 дней хранения при температуре 20 °С. На практике кубики, изготовленные из того же бетона, что и изделия, кладут вместе с ними в пропарочную камеру на 12 часов (на ночь), что соответствует нахождению в обычной среде (20 °С) в течении 28 дней, а затем ставят под пресс для выяснения реальной прочности бетона. Различают следующие марки бетона по мере возрастания прочности: М-100, М-150, М-200, М-250, М-300, М-350, М-400, М-450, М-500, М-600, М-700, М-800. На заводах чаще всего выпускают бетон марок от 100 до 400, так как более прочные марки в строительстве применяются очень редко.
Соотношение марок бетона по прочности М и В:
| Марки | М-100 | М-150 | М-200 | М-250 | М-300 | М-350 | М-400 |
| В | В-7,5 | В-10; 12,5 | В-15 | В-20 | В-22,5 | В-25 | В-30 |
Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации v = 13,5%
| Класс бетона | Средняя прочность данного класса, кгс/кв.см | Ближайшая марка бетона |
| В3,5 В5 В7,5 В10 В12,5 В15 В20 В25 В30 В35 В40 В45 В50 В55 В60 |
46 65 98 131 164 196 262 327 393 458 524 589 655 720 786 |
М50 М75 М100 М150 М150 М200 М250 М350 М400 М450 М550 М600 М600 М700 М800 |
Для конструкций, подвергающихся многократному замораживанию и оттаиванию в районах строительства с низкой температурой, а также для открытых конструкций в местностях с частой сменой морозов и оттепелей устанавливают проектную марку бетона по морозостойкости - отF -25 до F-500 по числу выдерживаемых циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии без потери прочности.
W2, W4, W6, W8 и W12, причем марка обозначает давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания.
Бетон по своим свойствам хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Это определяет использование металлических стержней и сеток в производстве железобетонных изделий. Так бетонная плита (без арматуры), лежащая на двух опорах и подверженная поперечному изгибу, испытывает растяжение в зоне, находящейся ниже нейтрального слоя.
Такая плита имеет малую несущую способность вследствие слабого сопротивлению бетона растяжению.
Та же плита, снабженная арматурой, размещенной в растянутой зоне, обладает более высокой несущей способностью (до 20 раз большей). Подобным образом делают плиты перекрытий. А если арматуру предварительно растянуть, а затем в форму с растянутой арматурой залить бетон, выдержать его в таком состоянии в течение срока, необходимого для набирания бетоном проектной прочности, и только затем отпустить арматуру, то сжавшиеся металлические стержни образуют избыточное сжатие в зоне растяжения бетона, что еще более повышает несущую способность изделия. По такому принципу изготовляют все предварительно-напряженные плиты перекрытия.

