Бетон

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.