Основные свойства бетонной смеси

Реологические свойства бетонной смеси

Бетонной смесью называют рационально составленную и тщательно перемешанную смесь компонентов бетона до начала процессов схватывания и твердения. Состав бетонной смеси определяют, исходя из требований к самой смеси и к бетону.

Основной структурообразующей составляющей в бетонной смеси является цементное тесто. Независимо от вида бетона бетонная смесь должна удовлетворять двум главным требованиям: обладать хорошей удобоукладываемостью, соответствующей применяемому способу уплотнения и сохранять при транспортировании и укладке однородность, достигнутую при приготовлении. При действии возрастающего усилия бетонная смесь вначале претерпевает упругие деформации, когда же преодолена структурная прочность, она течет подобно вязкой жидкости. Поэтому бетонную смесь называют упруго-пластично-вязким телом, обладающим свойствами твердого тела и истинной жидкости. Свойство бетонной смеси разжижаться при механических воздействиях и вновь загустевать в спокойном состоянии называется тиксотропией.

Каков состав?

Описание, физико-механические свойства, основные и специальные структурные характеристики бетонной смеси содержат нормативные документы ГОСТ 7473–2010, ГОСТ 26633–2012. Бетон состоит из главных компонентов — песка, цемента, щебня, воды. Классы и марки различаются с учетом соотношения пропорций этих составляющих смесь компонентов.

Посмотреть «ГОСТ 26633-2012» или

Посмотреть «ГОСТ 7473-2010» или

Песок и щебень — основа смеси. Использование этих составляющих увеличивает прочностные характеристики раствора. Цемент и вода требуются для связки всех составляющих. Благодаря им удается создать однородную консистенцию массы, от которой классовость, технические и функциональные характеристики зависят тоже. Учитывая составы и соотношения используемых компонентов, различают такие виды бетонов по классам:

Материал может изготавливаться с добавлением известняка.

Известняк. Средняя прочность 500—600 кгс/см2. Используется для производства бетона марок М100, М150, М200, М250, М300, М350.
Гравий. Практичный и надежный материал прочностью 800—1000. Он является составляющим марок М400, М450.
Гранит. Очень прочный компонент, используемый для тяжелого цементобетона марок М500 и выше. С использованием гранита изготавливают надежный и плотный дорожный бетон.

А также по критерию состава существует классификация, согласно которой бетон бывает 3 разновидностей:

жирный;
товарный;
тощий.

Технические свойства бетонной смеси

При изготовлении железобетонных изделий и бетонировании монолитных конструкций самым важным свойством бетонной смеси является удобоукладываемость (или удобоформуемость), т.е. способность заполнять форму при данном способе уплотнения, сохраняя свою однородность.

Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность бетонной смеси (П), являющуюся характеристикой структурной прочности смеси; жесткость (Ж), являющуюся показателем динамической вязкости бетонной смеси; связность, характеризуемую водоотделением бетонной смеси после ее отстаивания.

Подвижность бетонной смеси характеризуется измеряемой осадкой (см) конуса (ОК), отформованного из бетонной смеси, подлежащей испытанию. Подвижность бетонной смеси вычисляют как среднее двух определений, выполненных из одной пробы смеси. Если осадка конуса равна нулю, то удобоукладываемость бетонной смеси характеризуется жесткостью. Жесткость бетонной смеси характеризуется временем (с) вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости.

Применение на основе характеристик

Калькулятор расчета стройматериала под фундамент поможет определить количество бетона для одного замеса в бетономешалке либо другой емкости.

В качестве вспомогательных материалов во время подготовки и заливки фундамента зачастую используют цементобетонное изделие марок М100 — М250. Для укрепления конструкции дополнительно рекомендуется использовать армированный металл. При возведении многоэтажных жилищных сооружений лучше применять бетонные смеси марок М300 — М400. Обеспечить дополнительную гидроизоляцию поможет добавка «Пенетрон Адмикс», морозостойкость — пластификатор типа СДБ, а обеспечить хорошую сцепку поверхности с отделочным материалом поможет грунтовка «Бетон-Контакт». При желании залить прочный и надежный литой пол следует использовать бетонный раствор класса М500, который относится к сверхпрочным.

Классификация бетонных смесей

Связность бетонной смеси обуславливает однородность строения и свойств бетона. Очень важно сохранить однородность бетонной смеси при перевозке, укладке в форму и уплотнении. При уплотнении подвижных бетонных смесей происходит сближение составляющих ее зерен, при этом часть воды отжимается вверх. Уменьшение количества воды затворения при применении пластифицирующих добавок и повышение водоудерживающей способности бетонной смеси путем правильного подбора зернового состава заполнителей являются главными мерами борьбы с расслоением подвижных бетонных смесей.

Объемный вес

В зависимости от величины объемного веса различают бетоны

тяжелые (2 200—2 400 кг/м3) и легкие (1 200—1 800 кг/м3).
ячеистые бетоны имеют объемный вес от 300 до 1 000 кг/м3.

В зависимости от величины объемного веса бетоны являются теплопроводными («холодными») или малотеплопроводными («теплыми»). Чем больше объемный вес, тем бетон теплопроводней. т. е. «холодней».

Растворы разделяются по виду заполнителя. При применении тяжелого заполнителя, например песка, раствор получается тяжелым, т. е. «холодным», а при легком заполнителе (котельные или металлургические шлаки, легкие горные породы — трепел, пемза, туф) — легким, т. е. «теплым».

Удобоукладываемость бетонной смеси

Количество воды затворения является основным фактором, определяющим удобоукладываемость бетонной смеси. Вода затворения (В, кг/м3) распределяется между цементным тестом (Вц) и заполнителем (Взап): В= Вц + Взап. Количество воды в цементном тесте определяют его реологические свойства: предельное напряжение сдвига и вязкость, а следовательно, и технические свойства бетонной смеси — подвижность и жесткость.

Водопотребность заполнителя Взап является его важной технологической характеристикой; она возрастает с увеличением суммарной поверхности зерен заполнителя и поэтому велика у мелких песков. Для обеспечения требуемой прочности бетона величина водоцементного отношения должна сохраняться постоянной, поэтому возрастание водопотребности вызывает перерасход цемента. При мелких песках он достигает 15-25%, поэтому мелкие пески следует применять после обогащения крупным природным или дробленым песком и с пластифицирующими добавками, снижающими водопотребность

Причины недостаточного применения

Несмотря на все преимущества использования модификаторов, они еще не достаточно популярны в современной технологии строительства. В этом повинна и банальная неинформированность потребителей обо всех возможностях этих добавок, и ошибочное мнение о том, что практически все добавки изготавливаются кустарным методом, то есть закупается качественный модификатор известной торговой марки, разбавляется дешевым низкокачественным сырьем и представляется как новая «разработка».

Основными покупателями различных добавок для бетонных смесей являются бетонорастворные заводы, строительные организации, заводы конструкций из железобетона.

Помимо этого, давно существующая база по применению и разработке добавок устарела, не дотягивает до уровня развития современной науки. Добавки для бетона являются наукоемкими материалами, и их разработка требует очень серьезных научных инвестиций.

Основные потребители модификаторов — бетонорастворные заводы, строительные организации, заводы конструкций из железобетона. Наибольшим спросом у потребителя пользуются модификаторы отечественного производства, которые намного дешевле импортных. При выборе основную роль играет и цена, и отсутствие надлежащей проверки добавок импортного производства из-за отсутствия лабораторной базы.

Импортные модификаторы создаются с учетом того, что цемент, в который и будет добавляться этот продукт, имеет фиксированные характеристики. Но отечественные цементы не отличаются стабильностью цементных характеристик и поэтому добавка может повести себя совсем не так, как задумано. Именно поэтому импортные модификаторы применять без лабораторных исследований крайне не желательно.

Оснащенная лаборатория есть далеко не на каждом предприятии, а порой у потребителей просто нет желания возиться с подобными исследованиями. Отечественные производители модификаторов ориентируются на отечественный рынок цемента, и именно такая добавка, при правильном соблюдении всех технологий изготовления бетона, обеспечит заявленные характеристики.

Деформативные свойства бетона

Под нагрузкой бетон ведет себя иначе, чем сталь и другие упругиe материалы. Конгломератная структура бетона определяет его поведение при возрастающей нагрузке осевого сжатия.

Область условно упругой работы бетона — от начала нагружения до напряжения сжатия, при котором по поверхности сцепления цементного камня с заполнителем образуются микротрещины.

Опыты подтвердили, что при небольших напряжениях и кратковременном нагружения для бетона характерна упругая деформация, подобная деформации пружины. Модуль упругости бетона возрастает при увеличении прочности и зависит от пористости: увеличение пористости бетона сопровождается снижением модуля упругости. При одинаковой марке по прочности модуль упругости легкого бетона на пористом заполнителе меньше в 1,7-2,5 раза тяжелого. Еще ниже модуль упругости ячеистого бетона. Таким образом, упругими свойствами бетона можно управлять, регулируя его структуру. Модуль упругости бетона при сжатии и растяжении принимают равными между собой:

Есж = Ер = Еб.

Ползучестью называют явление увеличения деформаций бетона во времени при действии постоянной статической нагрузки. Ползучесть зависит от вида цемента и заполнителей, состава бетона, его возраста, условий твердения и влажности. Меньшая ползучесть наблюдается при применении высокомарочных цементов и плотного заполнителя — щебня из изверженных горных пород. Пористый заполнитель усиливает ползучесть, поэтому легкие бетоны имеют большую ползучесть по сравнению с тяжелыми. Преждевременное высыхание бетона ухудшает структуру и увеличивает его ползучесть. Однако насыщение водой затвердевшего бетона может вызвать рост ползучести. Ползучесть и связанная с ней релаксация напряжений может играть отрицательную роль. Например, ползучесть бетона приводит к потере натяжения; в предварительно напряженных железобетонных конструкциях.

Фракции заполнителя

Фракции щебня: 1- щебень 5-20 мм, 2 — щебень 20-40 мм, 3 — щебень 25-60 мм, 4 — щебень 40-70 мм.

Размер зерна или камня называется фракцией. Есть соответствующие и основные фракции щебня. К основным относятся следующие размеры: 5-10 мм, 10-20 мм, 20-40 мм, 20-65 мм, 25-60 мм, 40-70 мм. К фракциям сопутствующим относятся: 0-2 мм, 0-5 мм, 0-15 мм, 0-20 мм, 0-40 мм, 0-60 мм, 2-5 мм. Иногда применяют фракции размерами: 70-120 мм и 120-150 мм. Гранитный щебень фракций 5-20 мм имеет наибольший спрос на нашем рынке. В производстве бетона, асфальта и железобетонных конструкциях иногда применяют щебень фракции 5-15 мм.

Гранитный щебень фракций 20-40 мм, 20-65 мм, 25-60 мм и 40-70 мм применяют при ремонте и строительстве железнодорожных насыпей, насыпей автомобильных дорог, трамвайных линий, при закладке фундамента и строительстве зданий. Щебень из всех природных материалов из камня, используемых в строительстве, является основным.

Усадка и набухание бетона

При твердении на воздухе происходит усадка бетона, т.е. бетон сжимается и линейные размеры бетонных элементов сокращаются. Усадка слагается из влажностной, карбонизационной и контракционной составляющих.

Вследствие усадки бетона в железобетонных и бетонных конструкциях возникают усадочные напряжения, поэтому сооружения большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. Ведь при усадке бетона 0,3 мм/м в сооружении длиной 30 м общая усадка составляет около 10 мм. Массивный бетон высыхает снаружи, а внутри он еще долго остается влажным. Неравномерная усадка вызывает растягивающие напряжения в. наружных слоях конструкции и появление внутренних трещин на контакте с заполнителем и в самом цементном камне.

Для снижения усадочных напряжений и сохранения монолитности конструкций стремятся уменьшить усадку бетона. Наибольшую усадку имеет цементный камень. Введение заполнителя уменьшает количество вяжущего в единице объема материала, при этом образуется своеобразный каркас из зерен заполнителя, препятствующий усадке. Поэтому усадка цементного раствора и бетона меньше, чем цементного камня.

Бетон наружных частей гидротехнических сооружений, цементно-бетонных дорог периодически увлажняется и высыхает. Колебания влажности бетона вызывают попеременные деформации усадки и набухания, которые могут вызвать появление микротрещин и разрушение бетона.

Огнестойкость

Это свойство показывает способность противостоять высоким температурам, при этом бетон на протяжении долгого времени должен сохранять прочность. При нагревании вся вода, содержащаяся в бетоне, испаряется, в том числе и химическая, тем самым понижая температуру возгорания. Однако не следует подвергать конструкции длительному нагреву, т.к. материал может потерять прочность.

Существует специальный жаростойкий бетон для печей, промышленных труб, топок. В его состав входят глиноземистый цемент, огнестойкие заполнители.

Нужно сказать еще об одном свойстве — средняя плотность. Это так называемое отношение массы материала к полному его объему. Средняя плотность бетона должна составлять меньше 100 процентов.

От средней плотности бетона зависит его прочностные характеристики, а это очень важное свойство для конструкций и сооружений.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.

Прочность, марка, класс бетона. Методы определения. Контрольные пробы.

Выбор и покупка конкретного вида и марки (класса) бетонной смеси определяется Вашим проектом. Если проекта нет, то можно доверится рекомендациям Ваших строителей. Они могут посоветовать бетон той или иной марки или класса. Если у Вас есть некоторые сомнения в компетентности Ваших строителей, можно попытаться разобраться самостоятельно.

Цифры марки бетона (м-100, м-200 и т.д) обозначают (усреднённо) предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. Проверку соответствия необходимым параметрам осуществляют сжатием

кубиков или цилиндров, отлитых из пробы смеси, и выдержанных в течение 28 суток нормального твердения.

В современных проектах бетон обозначается в классах. В общем и целом, класс бетона — параметр сродни марке, но с небольшими нюансами: в марках используется среднее значение прочности, в классах — прочность с гарантированной обеспеченностью с коэффициентом вариации 13%. Впрочем, для Вас это не имеет какого-либо значения. Не буду Вам морочить голову с коэффициентами вариации прочности, и прочими техническими нюансами. В проектной документации, если она у Вас конечно имеется, должно быть указано: бетон какого класса должен использоваться. В соответствии со СТ СЭВ 1406, все современные проектные требования к бетону указываются именно в классах. Уж не знаю — насколько это соблюдается, потому как 90% строительных организаций почему-то заказывают бетон в марках :-).

Для Вас главное — чтобы привезённый Вам бетон соответствовал той марке, которую Вы собственно заказывали. Проверить конечно можно, но не сразу. Что стоит сделать.

При разгрузке бетона, взять пробу и отлить пару-тройку кубиков размером 10х10х10 см. или 15х15х15 см. Для этого можно сколотить из дощечек специальные формы нужного размера. Перед тем как залить бетон в формы, ящички желательно увлажнить, дабы сухое дерево не забрало много влаги из бетона, тем самым отрицательно воздействуя на процесс гидратации цемента. Залитую смесь необходимо проштыковать куском арматуры или чем-то подобным: потыкать в смесь, как толкут картошку пюре, чтобы в залитой пробе не образовались незаполненные места (раковины), вышел лишний воздух, и смесь уплотнилась. Так же можно уплотнить смесь ударами молотка по бокам ящичков. Отлитые кубики храните при средней температуре (около 20 градусов) и высокой влажности (около 90%).

Через 28 дней Вы можете с чистой совестью принести всё это великолепие в любую независимую лабораторию. Вам там всё это подавят и вынесут вердикт — соответствует ли бетон заявленной марке или не соответствует. Впрочем, не обязательно ждать 28 дней, для этого существуют промежуточные стадии твердения в возрасте 3, 7, 14 суток. В течение первых 7 дней бетон набирает около 70% расчётной прочности (естественно при условии нормальной температуры) В сырое и холодное время года сроки схватывания бетона и период его твердения существенно увеличиваются.

Какие нюансы могут возникнуть при заборе и хранению проб-кубиков:

Не разбавляйте бетон водой в автобетоносмесителе.
Берите пробы непосредственно с лотка бетоносмесителя.
Тщательно уплотняйте бетонную смесь в формах штыкованием (картошка-пюре)
Храните пробы в надлежащих условиях: не на солнце и не на печке :-)) Лучше в прохладном подвале, или просто в тени.

Вот и всё про кубики. Если Вы вдруг забыли взять пробы, а знать, что у Вас всё в порядке хотелось бы, — обратитесь в независимую лабораторию, которая может провести замер прочности на месте. Для этого существуют так называемые неразрушающие методы исследования прочности: проверка методами ударного импульса прибором склерометром. В народе называется — простучать бетон. Так же используются ультразвуковые и иные методы определения прочности.

Переходим к другим важным параметрам бетона. А именно:

Водонепроницаемость бетона

С уменьшением объема капиллярных макропор снижается водонепроницаемость и одновременно повышается морозостойкость бетона. Для уменьшения водонепроницаемости в бетон при его изготовлении вводят уплотняющие (алюминат натрия) и гидрофобизующие добавки. Нефтепродукты (бензин, керосин и др.) имеют меньшее, чем у воды, поверхностное натяжение, поэтому они легче проникают через обычный бетон. Для снижения фильтрации нефтепродуктов в бетонную смесь можно вводить специальные добавки (хлорное железо и др.). Проницаемость бетона по отношению к воде и нефтепродуктам резко уменьшается, если вместо обычного портландцемента применяют расширяющийся.

Теплопроводность

Теплопроводностью называется способность материала проводить тепло.
Чем материал плотнее по своей структуре, тем он теплопроводнее или «холоднее»; чем он более порист, тем он «теплее». Теплопроводность материала зависит также от влажности материала. Вода, заполняющая поры или пустоты в материале, проводит тепло, поэтому влажный материал является более теплопроводным.

Исходя из таких соображений, обычный бе юн не годится для применения в качестве стенового материала в жилищном строительстве. В строительной технике для этих целей применяются бетоны, отличающиеся пористой структурой. Они характеризуются меньшей теплопроводностью и потому могут применяться в качестве материалов для стеновых ограждений. К таким бетонам относятся:

а) бетоны на легких заполнителях (металлургических и котельных шлаках, керамзите, пемзе и т. п.);
б) крупнопористые (беспесчаные) бетоны, получаемые из вяжущего, воды и крупного заполнителя— легкого или обыкновенного;
в) ячеистые бетоны, которые характеризуются наличием распределенных по всей массе материала замкнутых воздушных пор, что обусловливает малый объемный вес и высокие теплоизоляционные свойства изделий из ячеистого бетона.

Наиболее распространены следующие основные способы получения ячеистых бетонов:

а) применение газообразующих веществ (газобетон) ;
б) использование предварительно взбитой пены (пенобетон, пеносиликат, пеногипс, пеношлак и др.);
в) введение в смесь избыточного количества воды с последующим ее испарением.

За рубежом преобладает способ производства ячеистых материалов на основе газообразующих веществ (алюминиевый порошок). В России широко применяется способ, основанный на смешивании цементного теста с предварительно взбитой пеной.

Ячеистый бетон на основе пены получается в результате отвердевания массы, приготовленной из вяжущего вещества, наполнителя, воды и пенообразователя. Для получения такой массы строительный раствор или тесто должны быть взяты литой консистенции; смешивание должно быть произведено тщательным образом.

Для приготовления ячеистых бетонов применяют пенобетономешалки.

Применяются различные пенообразователи — клееканифольный, сапониновый и смолосапониновый, алюмосульфонафтеновый, ГК, казеино-канифольный, жидкостекольный и др.

К наиболее распространенным видам ячеистых материалов относятся:

пенобетон, получаемый смешиванием цементного теста или раствора с отдельно приготовленной пеной;
пеносиликат, получаемый при смешивании известково-песчаного раствора с пеной.

Аналогично указанному при смешивании известково-песчаного раствора с газообразующими веществами можно получить газосиликат.

По аналогии с бетонами растворы, приготовленные на пористом заполнителе (шлаке и др.), относятся к теплым растворам.

Теплофизические свойства бетона

Теплопроводность — наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя.

Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°). Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами.

Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры.

Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

Водостойкость

Водостойкостью называется сопротивление бетона влаге. Для определения этого параметра используют два образца — сухой и мокрый. Первый и второй образцы проверяется путем давления на прессе. Прочность коэффициента насыщения бетона влагой должна составлять более 0,8. На водостойкость также влияют гидратные новообразования с низкой растворимостью. Благодаря всему этому, бетон считается одним из водостойких материалов для конструкций. Другими словами стойкость к влаге особенно важна для зданий с наибольшей вероятностью возгораний: платины, пирсы, молвы.