Бетон — один из главнейших стройматериалов современности. Из него можно возводить сооружения любой сложности и формы, он используется как в декоративных, так и в конструкционных целях. Поэтому, если нужно приготовить эту смесь, нужно точно знать все тонкости процесса. Главное в замешивании бетона — пропорции щебня, песка и цемента. От них зависят характеристики полученного материала и возможности его применения на объектах строительства.
Состав бетона
Все части смеси, которая после высыхания в формах становится изделием из бетона, можно разделить на две большие части. Первая — основная, это критичные для свойств продукта компоненты. Вторая — вспомогательная. Сюда входят всяческие присадки, которые регулируют свойства всего состава так, как нужно производителю и заказчику. Это добавки не составляют сколь-либо значимую часть всей имеющейся массы, а потому при материальном расчёте учитывается только их стоимость.
Итак, основные компоненты любой смеси:
Портландцемент. Минеральное вяжущее вещество — главный компонент. Именно от его характеристик в основном и зависят конечные параметры и способ применения бетонных блоков. При изготовлении используются марки М400 и М500.- Щебень или гравий, в зависимости от типа бетона. Называется наполнителем и делится на фракции. Самые мелкие могут достигать примерно 5 мм в диаметре, а самые крупные — до 70 мм. В зависимости от того, что именно используется, бетон может быть тяжёлым и лёгким. В некоторых разновидностях второго вида вместо щебня и гравия могут использоваться другие наполнители, которые способны кардинально менять его конечные свойства.
- Песок. Не мелкий и не крупный, обычный, речной. Мелкий наполнитель. Регулирует состав и характеристики, может быть частично заменён некоторыми отходами промышленности со сходными характеристиками и размером частиц.
- Вода. Используется для приготовления смеси. При высыхании все перемешанные компоненты сцепляются друг с другом с очень большой силой.
Добавки же применяются тогда, когда естественная скорость процессов на какой-то из стадий неудовлетворительна и нужна химическая помощь. Так, существуют присадки, позволяющие бетону быстрее отвердевать. Есть и такие, что повышают его стойкость к низким температурам. Некоторые просто повышают прочность на растягивание или сдавливание, что позволяет использовать обработанные таким образом изделия для более узкоспециализированных вещей.
Если в тело жидкой смеси закладывается сетка из арматуры, такое изделие называется железобетоном. Оно характеризуется большей прочностью и стойкостью к агрессивным погодным условиям. Стальная арматура, кроме всего прочего, облегчает транспортировку плит благодаря тому, что выведенные с её помощью петли можно легко зацепить крюком крана или другого транспортировочного средства.
Характеристики смеси и влияние компонентов
В зависимости от того, для чего будет использоваться раствор бетона, нужно знать его конечные характеристики. Они, в свою очередь, определяются соотношением всех входящих в него составных частей. Наибольшее влияние, конечно же, имеет цемент, как компонент, который связывает все наполнители между собой и закрепляет их при высыхании.
Основные характеристики бетона будут такими:
Марка и класс. Являются самыми ёмкими и наглядными показателями, на которые в основном и ориентируется большинство заказчиков. Первый параметр обозначает величину прочности на сжатие в Мегапаскалях. То есть именно таково предельное усилие, которое блок из этой марки сможет выдержать при нормальных условиях. Дальше происходит растрескивание и разрушение изделия.- Плотность. Измеряется, как отношение массы блока к его объёму. Противоположная характеристика — пористость. Она применяется к лёгким и газобетонам, когда необходимо узнать соотношение твёрдого вещества и пузырьков с воздухом в толще изделия. На этот показатель может ограниченно влиять количество наполнителя. Так, если соотношение песка и щебня в бетоне изменять в пользу более крупных частиц, плотность будет выше. Но при этом существует верхний предел, при котором дальнейшее увеличение доли щебня или гравия губительно и для плотности, и для прочности.
Водонепроницаемость. Характеризует способность конструкции из бетона или железобетона противостоять воздействию воды. Является одним из важнейших пунктов при выборе смеси для постройки сооружений, которые примыкают к водоёмам или находятся в их толще.- Морозостойкость. Полезное свойство, ели строительство из такого бетона ведётся в регионах с тяжёлым климатом. Выражается в количестве попеременных циклов заморозки-разморозки. При этом испытываемый образец не должен потерять больше пяти процентов прочности на сжатие по сравнению с эталонными.
- Прочность. Испытывается на несколько видов взаимодействия — сжатие, растягивание, скручивание, удары. Все образцы, проходящие испытание, должны набирать прочность после отвердения в течение 7 и 21 дня.
Влияние на эти характеристики компонентов — самые прямые. Так, корректируя соотношение песка и цемента для бетона, можно добиться более прочных или морозоустойчивых образцов даже без применения специальных добавок.
Водоцементное соотношение
Ещё один очень важный показатель, на который стоит ориентироваться при замешивании бетона. Он напрямую влияет на морозостойкость изделия из такой массы, так как избыток влаги на стадии придания формы может иметь негативные последствия в будущем, при эксплуатации конструкций из этого материала.
Соотношение воды и цемента в бетоне определяется просто — делением массы, использованной в технологическом процессе жидкости, на массу сыпучего материала. Полученный результат всегда меньше единицы и показывает относительное количество будущих пор в толще цемента.
Так как количество воды, которая химическим способом связана в массе конструкции со временем только растёт, при замешивании нужно быть осторожным и не создавать лишней влажности субстанции. Этого не рекомендуется делать даже для того, чтобы повысить укладываемость. Лучше воспользоваться специальными добавками, повышающими на короткий срок пластичность заготовки.
Оптимальным соотношением в общем случае принимается 1 к 4, но это очень относительный случай. В основном все компоненты должны подбираться так, чтобы не создавать излишней пропитки влагой как тестовых образцов, так и готовящихся к эксплуатации изделий.
Типовая рецептура разных марок
Чтобы получить бетон с заданными характеристиками, легче всего ориентироваться на уже сложенные специалистами во время многолетних опытов с разными соотношениями компонентов схемы пропорций. Для каждой марки они разные, но при этом существует общее правило, которое выглядит так: пропорции цемента, щебня, песка и воды принимаются в виде зависимости 1:2:3 соответственно.
Вода же высчитывается по В/Ц и зависит от части цемента в смеси. Если её недостаточно для того, чтобы достичь минимальной укладываемости (а в подавляющем большинстве случаев это так), нужно добавить столько, сколько нужно.
При использовании разных марок цемента будет меняться и соотношение компонентов. На примере М400 и М500 следует рассмотреть подробнее те массовые части песка, цемента и крупного наполнителя, если планируется создание бетона марки М100, 150, 250 или 450.
Использование вяжущего М400
Различные марки требуют совершенно разного подхода к рецептуре и соотношению отдельных компонентов. Следует заметить, что в примерах будет использоваться не массовое, а именно объёмное обозначение всех компонентов. Чтобы определить, какой объём занимает тот или иной исходный материал, нужно прежде всего знать его плотность:
- Для песка это будет в среднем 1400 кг/м3 .
- Гравий — 1370 — 1470 кг/м3 .
- Цемент — 1300 кг/м3 .
Вода, естественно, 1000 кг/м3, но её основная величина измерения и так объёмная. Поэтому для каждой из возможных марок бетона рецептура в объёмном отношении будет такой:
- М100 — на одну часть цемента должно приходиться примерно 4,6 песка и 7 щебня. То есть, на каждый литр массы вяжущего должно быть почти пять мелкого и семь крупного наполнителя.
- М150 — то же правило, но цемента теперь нужно несколько больше. Теперь пропорция выглядит как 1: 3,5: 5,7.
- М450 — ещё больше цемента: 1: 1,1: 2,5.
Добавление воды должно быть осторожным, но обильным. Не стоит бояться подлить слишком много — некоторое количество всё равно испарится в итоге или будет оставлено в мешалке после фильтрации.
Пропорции для цемента М500
Это ингредиент для создания бетонов более высокой прочности. Он неплохо выдерживает долгое лежание и немного хуже впитывает атмосферную влагу. Но при этом хуже, чем М400, переносит перемерзание — образует неразрушаемые комки, использовать которые в строительстве нельзя.
Стоит отметить, что бетон марки М150 с его помощью сделать сложнее — как вяжущее такой цемент слишком быстро схватывает всю смесь.
Для остальных же марок пропорции примерно такие:
- М100 — здесь этого портландцемента нужно меньше, чем в М400, оптимальная пропорция — на одну его часть примерно шесть частей песка и восемь — щебня.
- М250 — стандартный рецепт точно так же вводит больше вяжущего, чтобы получившееся изделие лучше набрало паспортную прочность за 21 день. Пропорции — 1: 2,6: 4,5.
- М450 — Здесь сказывается влияние кривой Мооса, последующее добавление настолько эффективного цемента начинает постепенно вредить общей прочности. Поэтому используется пропорция, которая несколько ниже, чем аналогичная у М400 — 1: 1,4: 2,9.
Жидкость здесь всегда добавляется из расчёта, что первая доза будет 0,25 относительно цемента. Если её не хватает для хорошей укладываемости, точно так же, как и в других случаях можно добавлять без особого опасения.
Испытания на прочность
Чтобы проверить правильность пропорции и выявить недочёты, нужно перед тем, как запускать смесь в производство, провести испытания. Они помогут определить соответствие расчётным показателям получившихся образцов. Делается это в такой последовательности:
Замешиваются небольшие прямоугольные или кубические бруски из приготовленной субстанции.- Они помещаются в специальные формы, по три в одну.
- Формы ставятся в прохладное место.
- Проводится первое испытание через 7 дней. Сначала измеряется величина прочности на изгиб. Для этого используется специальный стенд. После этого обе половинки испытывают под механическим прессом, который показывает величину предельного давления для разрушения образца.
- Второе испытание проводится через 21 день после дня формирования образцов. Все действия идентичны.
Результаты сравниваются и на их основании строится график набора прочности. Как известно, любая конструкция из бетона становится максимально стойкой через 21 день. Если при тестировании были выявлены недочёты или недостаточно высокие результаты, в формулу состава вводятся корректировки. Пересматривается состав, регулируется объёмная часть каждого из компонентов. Подбираются нужные добавки.
Если будущий бетон предполагается использовать в строительстве сооружений в местах, где среднегодовая температура очень низкая, дополнительно проводятся тесты на морозостойкость. Для этого образцы замораживают и оттаивают по нескольку раз. Специальным прибором измеряются из показатели. Если значение прочности падает больше, чем на 5% от заявленного, записывается предыдущее количество циклов, как марка по морозостойкости.
Стоит отметить, что использование слишком пористого бетона для таких тестов или строительства не допускается. Воздушно пространство внутри имеет тенденцию напитываться влагой, которая потом легко может разрушить бетон.
