Бетон, его виды, свойства и составы

Бетон - это искусственный каменный строительный материал, получаемый в результате формования и затвердевания рационально подобранной и уплотнённой смеси, состоящей из вяжущего вещества (цемент или др.), крупных и мелких заполнителей, воды. В ряде случаев может содержать специальные добавки, а также отсутствовать вода (например, в асфальтобетоне).

Виды бетона:

Согласно ГОСТ 25192-2012, ГОСТ 7473-2010 (ранее 7473-94) классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения:

·         По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные - гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

·         По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон и др.

·         По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

·         По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

·         По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях; в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении; в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).

Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-82 используется следующая классификация.

По объёмной массе бетоны подразделяют на:

·   особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/мі) - баритовый, магнетитовый, лимонитовый;

·   тяжёлый (плотность 2200-2500 кг/мі);

·   облегченные (плотность 1800-2200 кг/мі);

·   легкий (плотность 500-1800 кг/мі) - керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;

·   особо лёгкий (плотность менее 500 кг/мі).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

·   тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);

·   жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя);

·   товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

В зависимости от области применения бетоны разделяются на бутобетон, шлакобетон, газобетон, гидротехнический бетон.

Бутобетон широко используют в индивидуальном строительстве для устройства фундаментов и бетонирования других массивных конструкций. Он состоит из пластичной бетонной смеси и каменного заполнителя. Размеры камней не должны превышать половину толщины бетонируемой конструкции. Для обеспечения необходимой плотности, монолитности и прочности объем каменного заполнения не должен превышать половину объема бетонируемой конструкции, а камни следует располагать не ближе 4-5 сантиметров один от другого и от краев конструкции. Процесс устройства бутобетона состоит из укладки бетонного слоя толщиной примерно 20 сантиметров и утапливания в него камней. Конструкции из бутобетона прочны. Кроме того, в связи с тем, что примерно на 50% уменьшается расход бетонной смеси, достигается большая экономия цемента и рабочей силы.

Шлакобетон является дешевым и хорошим конструктивным материалом для возведения стен малоэтажных зданий. В качестве заполнителя в нем используют просеянный шлак, в качестве вяжущего - цемент и известь.

Стены из опилкобетона легкие, обладают малой теплопроводностью и достаточной прочностью для малоэтажных зданий. Если опилкобетон хорошо защищен от воздействия влаги и правильно приготовлен, срок его службы может быть достаточно долгим. Для приготовления опилкобетона используют вяжущее (цемент и известь) и заполнитель (песок и опилки). В опилках не должно быть примеси коры.

Газобетон в течение последних лет получил наибольшее распространение при устройстве стен индивидуальных домов. Газобетон изготовляют из цемента, извести, кварцевого песка, воды и небольшого количества специальной добавки для вспучивания массы (обычно алюминиевый порошок). Газобетон имеет хорошие теплотехнические и конструктивные свойства.

В индивидуальном строительстве применяют газобетонные блоки. Длина блоков - 600 мм, высота - 300 или 200 мм, толщина - 200, 250 и 300 мм. Следует отметить, что в наших климатических условиях наружная стена из блоков толщиной 300 мм полностью обеспечивает нормальный температурный режим в помещениях. Газобетонные стены толщиной 200 мм широко используют при строительстве дач, садовых домиков, подсобных помещений, внутренних несущих стен и т.д. Относительно небольшая плотность и малая теплопроводность газобетона объясняются тем, что он является ячеистым материалом, поры которого заполнены воздухом. Следует отметить, что не все поры являются замкнутыми, а только часть из них, остальные - взаимно связаны, и по ним вода, пар и влажный воздух легко попадают в газобетонные стены. Поэтому газобетон нельзя использовать в помещениях, где относительная влажность воздуха превышает 75%; если влажность выше 60%, то изнутри помещений следует устраивать пароизоляцию.

Газобетон быстро всасывает воду и намокает, что сопровождается резким снижением его теплотехнических свойств и прочности. Прочность его уменьшается на 15-30%, но при высыхании она восстанавливается. Газобетон высыхает медленно. Так, газобетон заводского производства доходит до оптимальной влажности (1-6%) в условиях эксплуатации только через 1-2 года, а намокшие газобетонные блоки (газобетон может содержать до 60% воды) сохнут 5 лет и более. В течение этого времени жилые комнаты остаются влажными, холодными и неуютными. Поэтому следует уделять особое внимание тому, чтобы во время транспортировки, хранения и строительства газобетон не подвергался воздействию влаги. При складировании газобетон следует оградить от соприкосновения с влажной землей, укладывая блоки на подкладки или гидроизоляционный ковер. Над штабелем из газобетона надо устроить навес, покрытый гидроизоляционным материалом. Для лучшего отвода воды навес устраивают с уклоном.

Если в стены заложен сухой газобетон и во время эксплуатации обеспечен нормальный влажностный режим, то газобетон представляет собой очень хороший и ценный строительный материал. Он легко обрабатывается: его можно пилить обыкновенной пилой (только надо регулярно разводить ее зубья), обрабатывать топором, долбить, сверлить, можно забивать в него гвозди. Газобетон обладает хорошим сцеплением с другими материалами: раствором для кладки, штукатуркой, лаками, красками, клеями и др. В последнее время при возведении газобетонных стен предпринимается попытка вместо раствора использовать клей. В этом случае размеры блоков должны быть очень точными, а блоки должны иметь правильную форму. [10]

Гидротехнические бетоны

Гидротехнические бетоны, в отличие от бетонов промышленного и гражданского назначения имеют ряд особенностей. Их применяют для возведения сооружений в гидротехническом и гидромелиоративном строительстве.

В зависимости от конструкции и размеров сооружений, расположения относительно уровней воды, массивности конструкций и назначаются требования к гидротехническим бетонам по водостойкости, водонепроницаемости, морозоустойчивости, прочности, солестойкости, удобообрабатываемости и сниженного тепловыделения.

Гидротехнические бетоны должны обладать:

. Химической стойкостью, то есть бетоны должны противостоять химическим влияниям окружающей среды. С этой целью, они изготовляются на сульфатостойких цементах с применением соответствующих добавок.

. Водонепроницаемостью, которая характеризуется наибольшим давлением воды на бетон, при котором не наблюдается просачивания ее через образцы соответствующей формы (d = h = 152 мм), выдержанных t = 180 сут.

По водонепроницаемости бетоны разделяются на 5 марок:, W4, W6, W8, W12.

. Морозоустойчивостью, которая характеризуется наибольшим числом циклов замораживания и оттаивания соответствующих образцов, выдержанных в нормальных условиях в течение t =18 суток. При этом, после испытаний потеря их прочности должна быть не более 15%. Замораживание должно проходить при - 15° и ниже на протяжении 4 часов, а оттаивание при +5-20° на протяжении 4 часов.

По морозоустойчивости бетоны разделяют на 6 марок:

F50, F100, F150, F200, F250, F300.

В зависимости от вида вяжущего бетоны разделяются на:

а) цементные бетоны;

б) известковые бетоны;

в) гипсовые бетоны;

г) бетоны на органических заполнителях.

В зависимости от типа заполнителей бетоны разделяют нa:

Особо тяжелые с Y > 2,5 т/м3. Эти бетоны готовят на тяжелых заполнителях, а в ряде случаев с применением металлической стружки и чугунных обрезков. Применяются такие бетоны при строительстве реакторов АЭС.

Тяжелые бетоны с Y = 1,8 - 2,4 т/м3. Изготавливают, как правило, на гранитном заполнителе. Применяются для строительства гидротехнических сооружений.

Легкие бетоны с Y= 0,5 - 1,8 т/м3. Они применяются для изготовления стеновых панелей или как утеплительный материал.

Особенно легкие с Y< 0,5 т/м3 (существует Y = 10кг/м3)

В зависимости от места расположения бетона в ГТС он разделяется на три вида:

Бетон подводный (А) - который постоянно находится под водой. Как правило, этот бетон изготовляется на шлакопортландцементах, пуцоланових цементах, портландцементах.

Бетон переменного уровня воды (Б). Этот бетон наиболее ответственный и в обязательном порядке должен удовлетворять требованиям по морозоустойчивости. Его готовят на портландцементах и шлакопортландцементах с обязательным применением пластифицирующих добавок.

Бетон надводный (В), который находится выше УВ. Этот бетон изготовляется на всех видах цемента.

В зависимости от массивности конструкций бетоны разделяются на две группы:

Бетон внешней зоны. (1) В зависимости от назначения конструкции и класса сооружений внешняя зона t = 1,5 - 3,0 м.

Бетон внутренней зоны, к которому предъявляются в основном требования по объемной массе. В особенно массивных конструкциях бетон внутренней зоны может быть заменен отсыпкой с уплотнением грунта или камня. В большинстве случаев бетоны внутренней зоны имеют марку ниже чем бетон внешней зоны.

Показатели качества бетона и бетонной смеси

Основными показателями качества бетонов являются: классы по прочности на сжатие и растяжение, марки по морозостойкости, водонепроницаемости и средней плотности.

Установленные значения показателей качества бетона должны обеспечиваться в проектном возрасте, который указывают в проектной документации на изготовляемые изделия и конструкции и назначают в соответствии с нормами проектирования в зависимости от условий твердения, способов возведения зданий и сроков фактического нагружения конструкций. При отсутствии этих данных за проектный возраст бетона принимается 28 суток.

Нормируемые показатели качества бетона должны быть обеспечены подбором его состава, выполнением технологических режимов приготовления, уплотнения бетонных смесей, твердения бетонных изделий и контролироваться на производстве.

Классы бетона по прочности на сжатие (В), осевое растяжение (Bt), растяжение при изгибе (Btb) характеризуются соответствующей прочностью образцов бетона базового размера в установленном проектном возрасте (в основном в возрасте 28 сут.), определяемой в соответствии с действующими стандартами.

Марка бетонов по средней плотности определяется фактическим значением показателя их массы в сухом состоянии в единице объема (в кг/м3) образцов. Марка бетонов по морозостойкости (F) определяется количеством циклов попеременного замораживания и оттаивания в различных средах, которые выдерживают контрольные образцы без снижения прочности на сжатие более регламентируемого. Марка бетонов по водонепроницаемости (W) определяется величиной давления воды, при котором не наблюдается ее просачивание через контрольные образцы. Изготовление и испытание контрольных образцов для определения показателей качества бетона (R, D, F, W) осуществляются согласно требованиям действующих стандартов.

Класс бетона по прочности на сжатие назначают и контролируют во всех случаях. Класс бетона по прочности на осевое растяжение назначают и контролируют для установления его соответствия установленным нормам.

Для конструкций, запроектированных ранее без учета требований СТ СЭВ 1406-78, показатели прочности бетона характеризуются марками. Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и ближайшими марками его по прочности при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5% для конструкционных бетонов и 18% для теплоизоляционных бетонов.

В индивидуальном строительстве используют различные виды бетонов: обычный бетон, бутобетон, шлакобетон, опилкобетон, газобетон и др.

Обычный бетон готовят из смеси цемента, заполнителей (песок, гравий, щебень и др.) и воды. Для приготовления бетонной смеси рекомендуется применять чистые заполнители и воду, так как примеси снижают прочность бетона, а это в свою очередь вызывает перерасход цемента. Диапазон использования бетона в индивидуальном строительстве очень широк: фундаменты, стены, перекрытия, лестницы, перемычки и т.д.

Состав бетонной смеси обычно обозначают отношением отдельных компонентов в частях массы или объема, где первая цифра показывает расход цемента, вторая - мелкого заполнителя, т.е. песка, и третья - крупного заполнителя, т.е. гравия или щебня. Например 1:2,3:4,1 означает, что на 1 часть массы или объема цемента следует брать 2,3 части массы или объема песка и 4,1 части массы или объема гравия или щебня.

Прочность бетона характеризуется его маркой, которая определяется пределом прочности при сжатии стандартных бетонных кубов размером 150x150x150 мм, испытанных в возрасте 28 сут твердения в нормальных влажностно-температурных условиях. В индивидуальном строительстве в основном используют бетоны марок 50-150, иногда и 200. Наименьшая марка легких бетонов может быть равной 5.

В настоящее время согласно СНиП 2.03.01-84' при расчете бетонных и железобетонных конструкций пользуются не маркой бетона, а его классом.

При изготовлении конструкций на заводах, где о прочности бетона судят по результатам многих проверок, расчет их можно вести не по средней, а по гарантированной прочности бетона. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 95%. Существует следующая связь между классом и маркой бетона:

В т 0,7786М, где В - класс бетона; М - марка бетона, МПа.

Пока временно допускается пользоваться марками бетона, хотя в проектах уже обычно указывается его класс. В индивидуальном строительстве, когда бетонную смесь готовят на месте и нет возможности (да и необходимости) проводить статистический контроль, более целесообразно, очевидно, все-таки пользоваться марками бетона.

Неспециалисты считают, что качество бетона зависит только от количества цемента. Конечно, количество цемента влияет на качество бетона, но не меньшее значение имеют и другие факторы: правильное соотношение песка и гравия, количество воды, перемешивание, укладка, уплотнение бетона и уход за ним, особенно в первые два дня после его укладки.

Заполнитель занимает около 85% объема бетона. Гранулометрический состав заполнителя следует выбирать таким, чтобы песок по возможности заполнял все пустоты между гравием и щебнем. Чем меньше будет объем пустот между мелким и крупным заполнителем, тем меньше потребуется цементного теста для заполнения этих пустот. Опыт показывает, что прочный бетон (с минимальным количеством цемента) можно получить, если бетон содержит 30-45% песка и 55-70% гравия или щебня. В этом случае объем пустот между зернами будет минимальным. Общепринято, что объем пустот при приготовлении бетонной смеси не должен превышать, %: для песка - 37, гравия - 45 и щебня - 50. Чем меньше объем пустот для гравия и щебня, тем меньше надо песка и цемента.

Объем пустот для заполнителя можно определить следующим образом. Песок, гравий или щебень помещают в ведро вместимостью 10 л или в другой сосуд с известным объемом. Не уплотняя, заполнитель разравнивают до краев сосуда и из другой емкости с известным объемом (например, из поллитровой или литровой банки), наливают воду, пока она не достигнет краев сосуда. Зная объем влитой воды, определяют объем пустот. Например, если в 10-литровое ведро было налито 4 л воды, объем пустот составляет 40%, т.е. объем пустот в процентах равен отношению объема влитой воды к объему сосуда, умноженному на 100. При выборе заполнителей надо стараться, чтобы песок, гравий и щебень имели по возможности большую разновидность зерен.

Не рекомендуется использовать крупный заполнитель с размерами зерен, превышающими 1/4-1/5 минимального размера конструкции; размеры зерен не должны превышать 3/4 расстояния между арматурными стержнями. Поэтому в тонкостенных густо армированных конструкциях максимальный размер зерна крупного заполнителя не должен превышать 40 мм, а иногда даже 20 мм.

В индивидуальном строительстве в качестве заполнителя для приготовления бетона часто используют естественную песчано-гравийную смесь. Без сортировки не рекомендуется ее применять для приготовления бетонов марок выше 150.

Для приготовления бетонов низких марок в качестве крупного заполнителя можно использовать кирпич, черепицу или другой керамический материал, получаемый при разборке старых зданий.

Марку цемента рекомендуется принимать такую, чтобы она примерно в 2 раза превышала проектную марку бетона. Но у индивидуальных застройщиков обычно нет выбора, и они вынуждены готовить бетон из того цемента, которых у них имеется, допуская, таким образом, его перерасход.

Нормами установлен минимальный расход цемента на 1 м² бетонной смеси. Для бетонных конструкций - 200 кг/м², для железобетонных - 220, а для конструкций, подвергающихся воздействию агрессивной среды, - 250 кг/м². Минимальный расход цемента принимается из таких соображений, чтобы цементное тесто не только заполнило пустоты между заполнителями, но и несколько отодвинуло зерна заполнителя друг от друга, покрывая зерна песка и гравия тонкой пленкой из цементного теста, обеспечивая таким образом пластичность бетонной смеси и улучшая ее удобоукладываемость. С увеличением расхода цемента (при всех других аналогичных обстоятельствах) улучшается качество бетона, но только до определенного предела (примерно до 400...500 кг/м²). Дальнейшее увеличение расхода цемента приводит к снижению прочности и качества бетона.

Выбор состава бетона зависит от очень многих факторов и, в первую очередь, от свойств исходных материалов. Если марка цемента известна, то свойства заполнителя обычно неизвестны.[2]