Прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона

О том, какой бывает бетон, соотношение цемента, песка, гравия, марки бетона, осадка, коэффициенты морозостойкости и водонепроницаемости, твердение бетона.

Бетон, если говорить о его покупке и доставке, не вполне правильное употребляемое название. Вы покупаете у СТРОЙТЕХ ПСК готовую бетонную смесь (в технической документации используется аббревиатура БСГ), а бетоном она станет после заливки ее в опалубку и начала твердения. Бетонную смесь также называют товарным бетоном — это замешанная на бетонном заводе смесь, которую в дальнейшем транспортируют и укладывают на объекте.

Товарный бетон или бетонная смесь состоит из замешиваемых в определенной пропорции компонентов: цемента, щебня, песка и воды. Если в эту смесь не добавлять щебень, то получится цементный раствор или пескобетон — в нем используется песок более крупной фракции (модуль крупности).

Соотношение компонентов в бетонной смеси по весу примерно такое: цемент — 1 часть, щебень — 4 части, песок — 2 части, вода — 0,55 части.
К примеру, цемент — 330 кг, щебень — 1250 кг, 660 кг, 180 л.

Конечно, эти цифры условны, так как на деле зависят от многих условий: марки бетона и цемента, характеристики щебня и песка, использования пластификаторов других добавок и др. При изготовлении бетона на СТРОЙТЕХ ПСК учитываются десятки параметров и факторов.

Главные компоненты бетона — вода и цемент, именно они связывают все составляющие в единую массу. Правильная пропорция этих двух компонентов — важнейшая задача в производстве бетона. Помимо соотношения воды и цемента, вводимых в бетон, нужно учитывать влагопоглощение и влажность песка и щебня. При взаимодействии цемента с водой образуется цементный камень. Но несмотря на кажущуюся простоту и самодостаточность этих двух компонентов, проблема заключается в деформации цементного камня при твердении — объемная усадки достигает 2 мм/м. Из-за неравномерности усадочных процессов возникают микротрещины, внутреннее напряжение, что приводит к снижению долговечности цементного камня. Чтобы этого избежать, используют заполнители:

— щебень (крупный заполнитель)

— песок (мелкий заполнитель)

Заполнители создают структурный каркас, воспринимающий усадочное напряжение, как следствие бетон дает меньшую усадку, увеличивается прочность и модуль упругости бетона (снижение деформаций под нагрузкой), уменьшается ползучесть (необратимые изменения при длительных нагрузках). К тому же заполнители делают бетон дешевле, потому что цемент стоит дороже песка и щебня.

Возьмем составляющие бетонной смеси в объеме:

• 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.)

Если все разложить в разные емкости и посчитать, то общий объем получится 1,76 кубометра. Но из этого легко можно получить один куб бетона. Засыпаем литровую банку щебнем до краев. Оставшиеся пустоты (межзерновая пустотность) занимаем песком, цементом и водой, потряхивая банку в процессе. Получается плотная субстанция — все заполнено, все компоненты уперлись друг в друга, пустот нет. Если бетон не мешать, то скоро он начнет твердеть. В пластичное состояние он снова перейдет при вибрировании и потряхивании — это явление называется тиксотропия. При «покое» он начнет превращаться в упругую массу.

Щебень

Марку (прочность) щебня лучше всего выбрать в два раза больше, чем расчетную марку бетона. Это обуславливается тем, что проектная (28 суточная) марка бетона всегда намного ниже, чем его реальная прочность, которая появится в течение полугода-года. А прочность щебня не изменяется с течением времени, вот их и нивелируют. Делается это на всякий случай, без обязательного согласования с проектными требованиями запаса прочности. Вырезка из ГОСТа 26633-91

Есть три основных видов щебня:

— Известняк (средняя прочность 500-600). Известняк чаще всего используется для производства бетонов марок м-100-м-300 из-за сравнительно низкой морозоустойчивости, но некоторые его виды (до 800) подходят для более прочного бетона — до м-350.

— Гравий — самый распространенный наполнитель из-за набора всех необходимых характеристик для производства большинства бетонных смесей. Основные виды гравия (прочностью 800-1000) могут быть использованы для получения марки бетона вплоть до м-450 (но не выше м-400). Его рекомендуют для частного строительства — из-за относительной дешевизны и достаточной для индивидуального строительства прочности.

— Гранит — самый прочный из перечисленных наполнителей (м до 1400). Обладает низким водопоглощением и повышенной морозоустойчивостью. К примеру, при строительстве дорог разрешен только гранитный щебень.

Кроме этого, со щебнем связаны некоторые моменты, которые необходимо учитывать: лещадность, процент зерен слабых пород и другие.

Бетон для создания прочного фундамента

Бетон чаще всего применяют для закладки прочного основания под конструкцию, если материал выбран правильно, сооружение простоит не один десяток лет. Специалисты рекомендуют выбирать для разных типов строений такие марки материала:

1. Если строение предполагает сборно-щитовую структуру, бетон следует закупать формата М200, для деревянного дома или парной идеальный вариант – М250.
2. Если строительство предполагает участие керамзитобетонных и газосиликатных блоков, лучше закупить М300.
3. Кирпичная кладка и железобетонные стеновые панели требуют более мощного основания – М 350.

Также учитывайте характер грунта, на котором осуществляется строительство:

• если почва скалистая или песчаная, не стоит покупать самый крепкий бетон, полагайтесь на проектную нагрузку сооружения;
• высокие марки М500 предназначены для возведения монолитных домов в несколько этажей на глинистых и суглинистых почвах.

Если планируется обустройство подвала, марку следует выбирать на порядок выше.

Марка бетона (М)

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-

Ваш проект определяет выбор определенного вида и марки бетона. Если проекта нет, то можно прислушаться к советам строителей или разобраться в этом самостоятельно.

Цифры марки бетона обозначают усредненный предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. Проверка соответствия заявленной марке бетона проводится с помощью отливки из пробы смеси кубиков или цилиндров и выдержки их 28 суток для твердения.

В настоящее время используется такая характеристика бетона как класс — это примерно то же самое, что и марка, но с тем лишь различием, что в марках указывается среднее значение прочности, а в классах — прочность с гарантированной обеспеченностью с коэффициентом вариации 13%. В соответствие со СТ СЭВ 1460 все современные проектные требования указываются именно в классах, хотя большинство строительных компаний используют для заказа марку.

Для Вас важно, чтобы марка бетона соответствовала той, которую Вы заказывали. Как проверить? Для этого необходимо взять пробу и отлить из нее несколько кубиков размером 10Х10Х10 см или 15Х15Х15 см. Удобнее всего для этого использовать сколоченные из дощечек нужные формы, предварительно увлажнив их, чтобы они не впитывали входящую в состав бетона воду и не препятствовали гидратации. Для чистоты эксперимента необходимо проштыковать залитую смесь, чтобы не осталось воздушных пустот. Также можно уплотнить смесь, ударяя по бокам формы молотком.. Пробы нужно брать непосредственно с лотка бетононосителя, не разбавлять взятую смесь в автобетоносмесителе, тщательно уплотнить смесь в формах и хранить при средней температуре (около 20 С) и высокой влажности.

По истечение 28 дней в любой независимой лаборатории можно проверить соответствие марки Вашего бетона с заявленной. Есть также промежуточные стадии твердения — 3, 7, 14 суток. В течение первых семи дней бетон набирает 70 % своей прочности. Существуют еще и другие методы определения прочности — это так называемые, неразрушимые методы замера, «на месте». К ним относятся метод ударного импульса («простучать бетон»), ультразвуковые методы и другие.
Класс бетона

Испытание бетона на морозостойкость

Чтобы установить уровень морозостойкости бетона, специально изготовленные образцы из строительной смеси подвергаются искусственному замораживанию и оттаиванию, затем снова замораживаются и т. д. В процессе лаборант фиксирует вес, прочность на сжатие\растяжение, упругость и иные показатели продукта. Вычисляется процент потери массы бетона. Протоколируются повреждения монолита.

Из реагентов в процедуре испытания на морозостойкость задействуют дистиллированную воду и 35% раствор хлористого натрия. Последний позволяет определить сопротивляемость материала воздействию размораживающих солей.

Подготовка

• Строительным раствором заполняют пять кубических ёмкостей 10\10\10 см. Чтобы во время испытаний специалист имел возможность контролировать температурный режим, в один из образцов помещают термоэлемент.
• На время сушки образцы помещаются в комнату с температурой 200, ± 2С0. При этом необходимо их защитить от пересыхания.
• Через сутки пробники вынимаются из форм и на неделю помещаются в водяную баню.
• После чего каждый образец помещается на 27 суток в специальную климатическую камеру.
• После извлечения образцы взвешиваются на чувствительных весах. Важно учесть каждый потерянный грамм.
• Следующий шаг – полное погружение кубов на сутки в солевой раствор, на 2-3 сантиметра выше верхнего ребра. Температура жидкости сохраняется в районе 18-20 С0.
• И снова образцы взвешиваются до миллиграмма. Разница в весе до и после погружения в раствор – и есть коэффициент водопоглощения. Он представлен в виде математической формулы: L = (m28 — m27) / m27 * 100, где определяемое L представляет собой капиллярное поглощение воды, m28 – вес куба после замачивания на 28 сутки, а m27 – вес того же куба после климатической камеры на 27 сутки.

Проведение испытания

1. Герметично закупоренные ёмкости с образцами бетона, погружёнными в жидкую среду, помещают в морозильную камеру.
2. Запускается процесс поочерёдного замораживания\оттаивания, согласно установленного графика. Минусовая температура в камере не должна опускаться ниже -25 С0.
3. Фаза замораживания образцов длится 16 часов, а потом наступает период оттаивания продолжительностью 8 часов. Во время этого процесса необходимо удерживать уровень раствора в ёмкости, который не должен достигать верхней грани миллиметров на 18-22. А температура жидкости не должна превышать 22 градуса.
4. Когда до завершения этапа оттаивания остаётся 15 минут, лаборант откачивает раствор. Далее ёмкость наполняется свежим раствором и запускается следующий цикл замораживания\оттаивания.
5. Процесс оттаивания требует соблюдения температурного режима. Для этого используется термоэлемент, который был установлен в один из образцов. Во время формирования куба из бетона.
6. Продолжительность испытания – 56 циклов. Один из них обязательно следует проконтролировать от момента заморозки до смены жидкости на свежий раствор.
7. Образцы во время испытаний необходимо перемещать внутри морозильной камеры, изменяя их первоначальное местоположения, не реже раза в неделю. При этом следует разворачивать их на 1800.
8. Образцы подвергаются детальному изучению каждые 7 циклов. В протокол заносятся все видимые глазу изменения и показатели инструментальных измерений. Отпавшие частицы просушиваются по специальной технологии и взвешиваются с точностью до миллиграммов.

Обработка результатов

Для расчёта степени морозостойкости бетона берут среднее арифметическое от всех полученных показателей 5 образцов, прошедших 56 циклов заморозки\разморозки.

Для анализа данных образцы распределяют на пары. Определяют потерю для 2-х образцов из одной ёмкости после 7 циклов с помощью математической формулы: Pn = ms1n / m0 * 100. Где Pn необходимый коэффициент потери массы тестируемого образца. В виде ms1n представлена масса отслоившихся частиц от целого образца. Её замеряют с точностью до 0,1 гр. А m0 – вес этих образцов, высушенных в течении 27 суток. После всех расчётов специалист выводит и присваивает класс морозостойкости для бетона, подвергшегося испытанию

Удобоукладываемость, подвижность, осадка конуса (П)

Эти три понятия, в принципе, описывают одну и ту же бетонную характеристику, которая обозначается буквой П с коэффициентом от 1 до 5, либо как «осадка конуса 10-15 см». Для типовых монолитных работ используется бетон подвижностью П-2 и П-3. Для труднозаливаемых конструкций, таких как колонны, узкие опалубки и густоармированные полости, желательно применять бетон П-4 и выше (осадка конуса 16-21 см). Такой бетон называется литым, он хорошо укладывается в опалубки без использования вибратора.

Жесткость бетона (обозначается буквами Ж1-Ж4) — характеристика, относящаяся к бетону, используемому в основном в дорожном строительстве.

Ни в коем случае нельзя добавлять в бетон воду для увеличения его подвижности, поскольку, как говорилось выше, водоцементное соотношение — это ключевая пропорция, от которой зависит прочность бетона. Даже из-за небольшого увеличения количества воды в смеси, марка бетона может понизиться с м-400 до м-300-м-200. Чтобы увеличить подвижность смеси до показателей П4, П5 на ПСК СТРОЙТЕХ используются пластификаторы — это единственный верный способ получения литого бетона, предназначенного для укладки в опалубку с плотным каркасом из арматуры, либо для монолитных работах с применением бетононасоса.

Коэффициент морозостойкости бетона (F)

Коэффициент морозостойкости бетона — это количество циклов замораживания- размораживания бетона, при которых он сохраняет свои первоначальные характеристики. Обозначается буквой F с цифрой от 25-1000.

Как это происходит на объектах? Например, грунтовые воды на капиллярном уровне проникают в фундамент, при понижении температуры замерзают там. Замерзая, вода расширяется и раздирает бетон — образуются микротрещины. В следующий раз воды еще больше увеличат «насиженное» место, что, согласитесь, снизит прочность бетона. Конечно, это теория, на практике фундаменты защищены гидроизоляцией, отмостками гидрофобизаторами.

На СТРОЙТЕХ ПСК испытания образцов бетона на морозоустойчивость проводится в критических режимах. Бетонный кубик насыщают «по полной» водой или в специальным раствором и замораживают до -18. В промежутках замеряют прочность до достижения критической точки — потери заявленной прочности. Количество таких циклов вода-лед и есть коэффициент морозостойкости бетона.

Для увеличения коэффициента морозоустойчивости заводы по производству ЖБИ применяют различные добавки в бетон, например, воздухововлекающие. Но в этом случае уменьшается его прочность. Лучшие результаты получаются от использования в затворении бетона гидрофобный или напрягающий цемент.

В частном строительстве средняя морозостойкость — F100-F200.

Коэффициент водонепроницаемости

Водонепроницаемость бетона — это его способность не пропускать через себя воду под давлением, она неразрывно связана с морозостойкостью. Обозначается литерой W с коэффициентом от 1 до 20. Для увеличения водонепроницаемости в бетон на заводах вводят уплотняющие и гидрофобизирующие добавки или применяют в затворении смеси гидрофобный или напрягающий цемент.

Бетон с высоким коэффициентом водонепроницаемости позволяет без дополнительной гидроизоляции строительства подвалов в местах с высоким уровнем грунтовых вод, в том случае, если заливка стен и пола произведена профессионально без швов и перерывов. К тому же такой бетон долговечен — коэффициент морозостойкости у них высок, что идеально подходит для незащищенных конструкций, таких как бетонные дорожки, отмостки, ленты заборов, а так же, для свайных фундаментов на влагонасыщенных грунтах. Однако такой бетон недешев из-за высоких марок (с высоким содержанием цемента), особые условия так же требуются для того чтобы доставить и уложить его на объекте из-за быстрого времени схватывания.

Напоследок еще раз о том, от чего бетон может испортиться:

Во-первых, ни в коем случае не разбавляйте бетон водой при укладке. Жидкий бетон укладывается проще, чем твердый, но, нарушив водоцементное соотношение, Вы тем самым существенно снизите его марку, уменьшите его прочность.

Во-вторых, соблюдайте все необходимые условия перевозки бетона в миксере, время разгрузки, учитывайте погоду.

В-третьих, качественно уплотняйте смесь, оставленные из-за отсутствия вибрировании при укладке пустоты в бетоне, снижают марку бетона.

Соответствие класса, морозостойкости и водонепроницаемости

Чем выше марка по прочности, тем выше и морозостойкость, и водонепроницаемость. Соответствие между этими характеристиками для стандартных марок бетона приведены в таблице:

Морозостойкость и водонепроницаемость бетона могут быть повышены с помощью использования специальных добавок.