Водоцементное отношение бетонной смеси (В/Ц) — что это такое?

Вода – неизменный компонент любого бетона. К ней определяются определенные требования – низкая кислотность, отсутствие солей и органических добавок, таких как грунт, жиры, нефтепродукты и т.д. Но для качественного бетона важным моментом является и водоцементное соотношение – количество жидкости и цемента, которые нужно добавить для получения конкретного объема раствора.

Что такое водоцементное отношение для бетона и почему его нужно учитывать

Водоцементное отношение – это отношение объема воды к массе цемента в бетонном замесе. От величины данного параметра напрямую будет зависеть непроницаемость бетона. В строительстве водоцементное отношение высчитывается по формуле в/ц = масса воды/масса цемента, обычно равно 0.25, что в пропорциях получается как 1:4.

Некоторые добавляют воду в соотношении 0.35-0.6 для облегчения работы с раствором, что сказывается на прочности кладки или монолита. Поэтому если есть необходимость сделать раствор более текучим, но сохранить прочность, можно использовать специальные пластификаторы.

Соотношение песка, воды и цемента влияет на стойкость бетона к усилию на сжатие. Чем больше воды в смеси, тем менее прочным будет бетон, более проницаемым и менее плотным, что соответствующим образом сказывается на прочности и долговечности всего здания или конструкции. Лишняя вода, которая не вступила в реакцию, в процессе застывания бетона будет испаряться и может стать причиной появления трещин, пустот, иных дефектов.

Бетон затвердевает при прохождении химической реакции воды с цементом и песком – реакции гидратации, сопровождаемой выделением тепла (теплота гидратации). Для получения качественного раствора для каждого кг цемента берут 250 миллилитров воды.

Вывод

Правильное водоцементное соотношение – одно из главных условий получения качественного бетона. При этом известное правило, что для гидратации цемента требуется только 25% воды от его массы, не применимо на практике. Это связано с тем, что некоторый излишек воды должен обязательно оставаться для обеспечения подвижности раствора. Малое количество воды негативно сказывается на прочности конструкций и монолитов после полного схватывания, делает невозможным качественное уплотнение смеси. Поэтому при производстве бетонов различных марок необходимо придерживаться технологических требований.

Лишняя влага в строительном растворе тоже приводит к снижению его качества. Если жидкость не связана должным образом, то компоненты раствора расслаиваются в нем относительно собственной плотности. В результате вместо монолита получается «слоеный пирог», не соответствующий никаким техническим требованиям. Главным признаком излишка воды — ее выделение на поверхности уложенного монолита. Поэтому, в тех случаях, когда требуется дополнительная удобоукладываемость раствора, например, заполнении опалубки с густым армированием, лучше использовать пластификаторы. Они придадут раствору дополнительную подвижность без добавления излишней воды. Обязательно нужно учитывать тот факт, что при укладке бетонной смеси при температурах ниже нуля, В/Ц должно быть как можно ниже, чтобы большая часть воды участвовала в гидратации вяжущего с выделением тепла.

В частном строительстве для получения нужного водоцементного соотношения целесообразно сделать пробный замес. Для этого к одной части цемента добавляют 3 части песка, слегка увлажняют получившийся материал и добавляют 5 частей щебня. После этого вода добавляется мелкими порциями из мерной посуды (чтобы знать ее объем) для получения нужной подвижности раствора. После этого ком бетонного раствора укладывают на ровную поверхность – если он держит форму, водоцементное отношение оптимальное, если расплывается – воды много, когда ком разваливается и расслаивается, в него нужно дополнительно добавить воду.

Почему это важно?

Под водоцементным соотношением понимают отношение массы воды к массе цемента, необходимого для приготовления рабочей смеси. Если в бетон добавить жидкости больше, чем нужно, его качество резко ухудшается, показатели бетона М400 могут соответствовать марке М200. После укладки монолит расслаивается, при этом его прочность снижается в несколько раз. Тем не менее, без воды невозможна гидратация цемента, поэтому она должна присутствовать. По водоцементному соотношению бетонной смеси требования изложены в ГОСТ по каждому конкретному виду цемента. Снижение прочности бетона в зависимости от марки и В/Ц соотношения представлено в графике.

Этот же процесс можно увидеть по таблице:

Нелинейность характеристик связана с тем, что химический процесс отвердевания бетона достаточно сложен. Например, влага, которая не участвует в гидратации, остается несвязанной, в результате чего в монолите остаются капилляры и поры, снижающие его плотность и прочность. При этом поры к поверхности бетона расширяются, поэтому он начинает крошиться за счет снижения водопроницаемости. Если влага остается в толще бетона до морозов, она неизбежно замерзнет и начнет разрывать конструкции изнутри, уменьшая прочностные характеристики. При этом лишняя вода влияет на подвижность раствора, которая тоже должна быть оптимальной. Зависимость высоты конуса от водоцементной смеси и пропорций других компонентов можно увидеть в следующей таблице:

Это означает, что правильно подобранное водоцементное соотношение – гарантия того, что бетон будет отвечать заявленным характеристикам.

Расчет количества воды

Согласно общепринятому правилу, для полной гидратации портландцемента ему потребуется всего 25% воды от его массы. Но на практике применить такую смесь невозможно, поскольку она окажется излишне жесткой, поэтому для получения достаточной пластичности потребуется больше воды. Чтобы получить пластичный, удобный для укладки раствор, необходимо показатель водоцементного отношения для бетона должен быть в рамках от 0,4 до 0,75. При меньшем значении его подвижность будет слишком мала и при укладке могут оставаться полости, если значение будет превышать максимальное, цемент расслоится, его прочность резко снизится, особенно это касается бетонов высоких марок.

От коэффициента В/Ц соотношения зависят свойства бетона. Если конструкции эксплуатируются в сложных условиях без дополнительной гидроизоляции, водоцементное соотношение не должно превышать 0,4, такой бетон используется, например, для производства тротуарной плитки. Для заливки фундаментов требуется большая подвижность смеси, поэтому допускается верхняя граница 0,75. Если бетонный монолит или конструкция требуют повышенных показателей морозостойкости, В/Ц не должно превышать 0,5.

Для изготовления бетонной смеси используется портландцемент высокой активности марок М400 или М500. Показатель соотношения воды к цементу, в зависимости от его вида, марки или класса бетона, можно определить по таблице:

Очевидно, что чем выше марка бетона, тем больший расход цемента требуется при меньшем количестве жидкости, нужная подвижность в этом случае достигается за счет применения пластификаторов – присадок, повышающих подвижность бетона без добавления воды. К примеру, для изготовления бетона М300 на 100 кг цемента потребуется 100·0,53=53 л воды для ПЦ 400 или 100·0,61=61 л для ПЦ 500.

Маркировка смеси

Требования ГОСТ регламентируют использование буквенно-цифровой маркировки бетона. Выглядит этот так: Бетон М400 В30/П4/F300/W10

1. Буква «М» означает марку бетонной смеси.
2. Буква «К» – класс раствора.
3. «П» – показатель подвижности.
4. «F» – стойкость к морозу.
5. «W» – водонепроницаемость бетонного раствора.

Процесс изготовление раствора, в соответствии с установленными законодательством нормами – это трудоемкие, сложные процедуры, требующие наличия навыков и многолетнего опыта работы. Не стоит доверять производство бетона кустарным фирмам. Такой продукт может влиять на прочность конструкции, приводя к растрескиванию или полному разрушению сооружения.

Помимо этого, в процессе создания бетонных смесей используется профессиональная, высокотехнологичная аппаратура, позволяющая изготавливать безупречное качество материала. Доверяйте лишь проверенным производителям и поставщикам бетона.

ГОСТ на тяжелый бетон – используемая терминология

Стандарт использует специальную терминологию и дифференцированно подходит к различным бетонным составам. Он разделяет их на следующие виды:

• тяжелые. Характеризуются структурой повышенной плотности и удельным весом в интервале 2–2,5 т/м3. Изготавливаются на основе цемента и крупнофракционного или мелкодисперсного наполнителя с повышенной плотностью;
• мелкозернистые. Средняя плотность мелкозернистого монолита, а также структура материала соответствуют тяжелым составам. Главное отличие – применение мелкозернистого наполнителя, который смешивается с портландцементом при замесе.

Каждая разновидность бетонного раствора изготавливается согласно определенной рецептуре и после твердения образует искусственный камень.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях

Пробный замес

Схема приготовления бетона: 1 — Смешивание сухой смеси с водой, 2 — Замес на фанере, 3 — Бетономешалка, 4 — Шланг для добавления воды, 5 — Цемент, 6 — Песок.

Предполагается, что все работы производятся вручную при помощи совковой лопаты или мастерка (в этом случае порция получается минимальной, зато при неудачной попытке ее не жалко выбросить). Когда более точно будет определено соотношение, разумнее воспользоваться бетономешалкой, применение которой существенно влияет на качество и скорость замеса при сокращении физических нагрузок.

Что такое водоцементное соотношение

На картинке, размещённой в начале этой статьи, указан такой показатель как В/Ц. Что это такое? Это водоцементное соотношение — важнейший показатель в бетонопроизводстве. То есть, производное от деления массы воды на массу цемента. Оптимальным значением будет 0.4. Если этот показатель будет ниже, то недостаток воды приведёт к тому, что не все частицы цемента вступят в реакцию гидратации и часть его будет потрачена впустую, что приведёт к потере прочности. Если В/Ц будет превышать 0.4, то излишки воды также приведут к снижению прочности итоговой конструкции.

Важно соотносить показатель В/Ц с показателем удобоукладываемости смеси. Это когда бетонная смесь полностью заполняет опалубочную конструкцию без образования пустот.

Жёсткая смесь будет затруднять бетонирование, но добавлять воду для улучшения этих свойств вовсе не обязательно.

Для этого существуют пластифицирующие и даже суперпластифицирующие добавки. В таких случаях остаётся на нужном уровне В/Ц и не страдает удобоукладываемость. В зависимости от производимых работ по бетонированию определяется и удобоукладываемость поставляемого бетона, которая устанавливается производителю. Надо отметить, что для растворной смеси применяется такой показатель как подвижность.

Расчет расхода материалов на один замес бетономешалки

В зависимости от объема бетонных работ на строительных объектах используются в основном бетоносмесители гравитационного типа емкостью от 60 до 3000 л. Для расчета расхода материалов на один замес примем бетономешалку с емкостью смесительного барабана (Vб) 1200 л. Производственный расход материалов на 1 м3 бетона следующий:

Цпр — 312 кг, Впр — 153 л, Ппр — 612 кг, Щ — 1296 кг.

Объёмный вес влажных песка и щебня принят 1,6 и 1,495 кг/л соответственно, объемный вес цемента 1,3 кг/л, щебень применяется двух фракций: 40% щебня крупностью 10—20 мм и 60% щебня крупностью 20—40 мм. Вычислим расход материалов на один замес. Для этого определим коэффициент выхода бетонной смеси:

Водоцементное соотношение

Для нормального протекания процессов гидратации цемента и придания раствору необходимой подвижности требуется соблюдать оптимальное водоцементное соотношение (водопотребность). Водопотребностью цемента называют минимальное количество воды, которое обеспечивает получение цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой называют консистенцию, при которой пестик Тетмайера опускается в продукт на глубину, установленную нормативами.

Минимальной водопотребностью обладает портландцемент – 24-28 %. Снизить этот показатель, сохранив требуемую пластичность смеси или раствора, можно введением специальных добавок – пластификаторов. Водопотребность пуццолановых цементов при наличии в них добавок осадочного происхождения составляет 35-40 %.

Состав бетона М100

Как и другие марки тяжелого бетона, М100 состоит из: гранитного или гравийного щебня (наполнитель), карьерного или речного песка, портландцемента ЦЕМ I 32,5Н ПЦ (М400)или ЦЕМ I 42,5Н ПЦ (М500).и чистой пресной воды. В связи с ограниченной сферой применения, присадки в эту марку бетона не добавляются.

Для малонагруженных конструкций (отмостка, садовая дорожка, подготовительные работы) возводимых на частных подворьях, в качестве наполнителя допускается использовать шлак, образовавшийся при сжигании каменного угля, бой кирпича и прочие строительные отходы.

Прочие физико-механические свойства

Усадка:

• определяет сокращение линейных размеров бетона при его созревании на открытом воздухе;
• степень усадки варьируется от 0.30 до 1.00 мм/м;
• максимальное сокращение наблюдается в начале твердения, — в первые 24 часа достигается 70% от общего показателя;
• если рабочий раствор содержит некорректные пропорции воды и цемента усадка увеличивается.

Огнестойкость:

• определяет способность материала сохранять прочность на фоне кратковременного воздействия высоких температур;
• железобетон прогревается на незначительную глубину, что обусловлено его низкой теплопроводностью;
• при длительном воздействии огня в основе развиваются необратимые химические изменения, и она теряет прочность;
• для обустройства печей и топок используется жароупорный железобетон со специальными наполнителями и глиноземным цементом.

В случае самостоятельного приготовления растворов приобретается товарный бетон. Средний уровень затрат сложился следующим образом. За м³ материала марки М100 придется отдать порядка 2100 руб., М300 – 2890 руб., М400 – 3800 руб.

О соответствии марки бетона и его класса согласно ГОСТ рассказано в видео:

Требования к материалам

Грамотно выбранные по качеству и фракциям составляющие для получения прочного жесткого бетона 75 марки — половина успеха. На какие характеристики цемента и наполнителей следует обращать внимание?

Цемент, между качеством которого и прочностью затвердевшего бетона наблюдается прямая зависимость, из соображений экономии на его стоимости берется М200 или М300. Применение более высококачественных цементов обойдется значительно дороже, эту разницу невозможно покрыть за счет некоторого снижения процентного отношения цемента к наполнителям. Прочностные показатели указанных марок цемента при соблюдении водоцементного отношения для бетона позволяют получить на собственной строительной площадке качественный бетон не ниже 75 марки.

Таблица марок бетона и их основных характеристик.

Следует учесть, что марка бетона и марка цемента, который входит в состав смеси, — не одно и то же. Соотношение выглядит примерно таким: для получения бетона, например, 75 марки, потребуется цемент М200 или М300, то есть марка взятого цемента должна быть выше в 2,5-3 раза. Покупая цемент, следует обратить внимание на дату его выпуска, так как с увеличением срока хранения снижается качество, а через 1,5 года хранения даже в идеальных условиях цемент можно будет использовать разве что для обустройства садовых дорожек. На бытовом уровне можно проверить относительное качество цемента. Для этого на раскрытую сухую ладонь насыпается цемент, рука сжимается в кулак. Качественный материал практически без остатка «вытекает» сквозь пальцы.

Имеются требования и к песку. Предпочтительнее применять мелкозернистый (размер отдельно взятой песчинки до 1,25 мм). Он позволяет получить смесь, при использовании которой воздушные промежутки, снижающие жесткость бетона, сведутся к минимуму. Песок должен быть без пыли и инородных включений органического происхождения.

Размер гравия или щебня не должен превышать 1/3 ширины опалубки.

Ни в коем случае для жесткого бетона нельзя использовать щебень из известковых пород.

Если производится армирование, размер частиц не может превышать 1/4 наименьшего размера отливаемой конструкции и 3/4 от просвета между прутьями арматуры. Несоблюдение указанных пропорций может привести к образованию в готовом бетонном изделии пустот, что неминуемо снизит показатели прочности.

Коррозиестойкость

Под процессом коррозии бетона подразумевается разрушение цемента, которое сопровождается снижением таких показателей как водонепроницаемость. При этом уменьшается коэффициент сцепления с арматурой, что приводит к уменьшению прочности. Для предотвращения разрушений вследствие коррозии находят применение разнообразные добавки в цементы, образующие кислотостойкие, пуццолановые и глиноземистые смеси. Помимо этого нередко используется технология обработки поверхности бетона специальными растворами в виде кремнефтористого натрия, жидкого стекла, проводятся работы по облицовке плиткой на керамической основе.

Определение подвижности бетонной смеси

От конструктивных особенностей изделий зависит в значительной мере выбор метода их формования, а это, в свою очередь, предъявляет соответствующие требования к консистенции бетонной смеси в отношении ее подвижности и удобоукладываемости.

Бетонные смеси бывают подвижными и жесткими. Подвижные смеси при укладке легко заполняют форму и уплотняются в ней под действием собственной силы тяжести. Жесткие смеси для указанных выше операций требуют приложения подчас значительных внешних сил. Независимо от того, к какой из этих групп относится бетонная смесь, каждая из них в производственных условиях характеризуется определенной степенью подвижности. Подвижность бетонной смеси определяется по величине осадки стандартного конуса, отформованного из данной смеси (см. рисунок).

Для определения осадки конуса потребуются средняя проба бетонной смеси, деревянная или металлическая площадка, форма конуса, стержень для стыкования смеси, стальная линейка длиной не менее 70 см, стальная линейка с делениями длиной 20—50 см, кельма.

Ход работы. На деревянную, обшитую листовой сталью площадку толщиной

25 мм, размером 70×70 см устанавливают металлическую форму в виде усеченного прямого конуса высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см и верхнего 10 см. Внутреннюю поверхность формы и площадку, на которой она установлена, увлажняют водой. Затем, прижав форму к площадке (наступив на педали), в нее в три приема равными частями помещают бетонную смесь. Каждую порцию бетонной смеси в форме уплотняют 25-кратным штыкованием стальным гладким стержнем диаметром 16 мм, длиной 650 мм. Стержень при каждом штыковании должен проникать через всю толщу бетонной смеси.

После уплотнения излишек бетонной смеси срезают вровень с верхними краями формы, заглаживая кельмой поверхность смеси. Затем форму медленно поднимают строго вертикально и ставят рядом с конусом, отформованным из смеси. На форму конуса по его диаметру кладут на ребро стальную линейку длиной 70 см так, чтобы свободный конец линейки проходил через центр конуса, изготовленного из бетонной смеси. Расстояние между поверхностью бетонной смеси и ребром линейки измеряют другой линейкой с делениями с точностью до 0,5 см. Результат промера характеризует величину осадки конуса. Как правило, определение для одной и той же смеси повторяют дважды. Результат двух параллельных измерений не должен отличаться больше чем на 2 см.

Выбор подвижности бетонной смеси зависит от вида конструкции. Например, для бетонных набивных свай O.K.

4—5 см, для густоармированных плит перекрытий и монолитных фундаментных столбов O.K. = 6—8 см и т.д. В каждом случае учитываются конструктивные особенности элементов, густота армирования, воспринимающие элементом нагрузки, марка бетона и используемые фракции (размеры крупного заполнителя — щебня, гравия).

Вы здесь

Прочность и долговечность монолитных бетонных конструкций фундаментов напрямую зависят не только от качества применяемых материалов, способа уплотнения бетонной смеси и условий выдерживания бетона, но, главным образом, и от рационального подбора состава бетонной смеси, ее подвижности (жесткости) и дозировки материалов на замес бетономешалки.

Если объём строительства находится недалеко от бетонного завода (бетонного узла), то лучше заказать доставку бетона нужной марки с определенной подвижностью и крупностью щебня. Транспортирование бетонной смеси необходимо осуществлять автобетоносмесителями, которые не допускают потерю цементного молока, исключают попадание атмосферных осадков и прямое воздействие солнечных лучей, расслоение и нарушение однородности смеси.

В большинстве случаев при «самострое» с помощью наёмных рабочих или небольших строительных организаций, не имеющих опытного специалиста или договора со строительной лабораторией, подбор состава бетона и дозировка материалов производятся «на глазок» лопатами. Подвижность бетонной смеси не контролируется, а для облегчения укладки в смесь добавляют излишнее количество воды, что приводит к нарушению водоцементного (В/Ц) отношения и потере прочности бетона.

Обозначения бетонных смесей

Характеристика подвижности обозначается буквой «П» с цифровым продолжением, указывающим на ее степень. Более высокая марка означает лучшую текучесть смеси. Например, малоподвижный бетон п3 или п4 имеют более высокую текучесть.

Бетон П1 имеет наименьшую текучесть, поэтому в промышленном и индивидуальном строительстве используется нечасто. Марки П2 и П3 имеют стандартные характеристики и используются практически повсеместно. Бетонная смесь П4 используется при плотном армировании конструкций и не требует дополнительного виброуплотнения. Марка П5 готовится для использования в герметичных формах из-за самой высокой текучести.

Физико-механические характеристики