Все, что нужно знать о составе и структуре бетона

Все, что нужно знать о составе и структуре бетона

Или этот показатель могут называть «скорость твердения». Он указывает на время, которое необходимо выдержать до ввода в эксплуатацию или до начала отделочных работ. Указывается в процентах, процесс очень длинный и своеобразными «порогами». Например, усреднено через 6 дней после заливки бетон достигает 70% прочности, через 28 дней это будет почти 100%. То есть, первые 70% набираются почти в 5 раз быстрее, чем последние 30%. Но на этом процесс не останавливается, до достижения полной прочности может пройти несколько месяцев, а то и лет. Впрочем, доли процента практического значения не имеют.

Этот показатель не является абсолютным, ведь он зависит от погодных условий. Но нужно знать, что бетонные смести делят на медленнотвердеющие и быстротвердеющие. А если говорить о погодных условиях, то оптимальные это температура от +18 до +22 и влажность воздуха не менее 90%. Более высокая или более низкая температура замедлит скорость набора прочности бетона, но по разным причинам. При высокой температуре это приведет к потере воды, что в конечном итоге скажется на прочности. При низкой процесс замедлится, а при 0 градусов и ниже остановится. Но это не значит, что бетонную смесь не заливают при подобных условиях, это вполне возможно, просто потребуются особые добавки. Да и многое зависит от целей использования, ведь одно дело заливать фундамент дома, а другое дело столб для забора.

Зная все то, что мы написали выше, вы легко выберете подходящий под ваши задачи бетон. Ну а далее мы рассмотрим необходимое оборудование и инструменты, а также то, как правильно готовить бетонную смесь. То есть, перейдем к практическим вопросам.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое бетон

Кроме прочности, которую измеряют, например, на заводе-изготовителе с помощью разрушения опытного образца на прессе и выражают в Мпа, важными параметрами для строителей также служат водонепроницаемость и морозостойкость раствора.

Например, марке смеси М250 соответствует класс B-20, с водонепроницаемостью W4 и морозостойкостью F100. Конструкция из такого состава выдержит давление воды до 0,4 Мпа. Цифра 100 после буквы F обозначает предполагаемое количество циклов замерзания и последующего оттаивания, которое конструкции из этого вида бетона могут перенести без повреждений.

Водостойкость определяют с помощью опытного образца, используя давление воды и признаки её просачивания сквозь слой готового покрытия.

Важными характеристиками также считают удобоукладываемость бетона и его объёмный вес. При измерении соответствия полученного раствора требованиям по укладке делают пробу на конус – смотрят, насколько смесь оседает при заполнении фигуры конической формы. На основании результатов этой пробы делают вывод о пластичности, о способности смеси к заполнению определённых объёмов, форм, применяемых в строительстве. Объёмный вес выражают в кг на м3, в зависимости от этого показателя бетоны подразделяют на виды:

• особо лёгкие, например, газобетон;
• лёгкие, применяемые для малоэтажных построек;
• облегчённые, для перегородок и выполнения стяжек;
• наиболее применяемые – тяжёлые для создания фундамента, дорог;
• особо тяжёлые – с использованием свинцовой, чугунной крошки.

Среди характеристик особых видов бетона могут также быть важными другие показатели, которые зависят от состава заполнителей в растворе и имеют значение при выполнении особых строительных задач. Эти показатели необходимо учитывать, чтобы не допустить ошибок при монтаже строительных конструкций и оформлении объектов. Например, нельзя допускать наличия известкового щебня при производстве наружных работ, так как такое покрытие потрескается после наступления холодов. Наибольшей морозостойкостью отличается смесь с гранитным заполнителем.

Производить бетон с высокими показателями прочности необходимо пропорционально увеличивая в нём содержание песка и щебня, также прочность зависит от соотношения воды и цемента в основе смеси, чем меньше водоцементный модуль, тем прочнее будет готовое покрытие.

Строительные смеси высокой марки имеют отличные характеристики по прочности, но при работе с ними нужно учитывать, что застывание происходит очень быстро, срок жизнеспособности таких растворов короткий, их использование требует опыта в работе, высокой скорости работы мастеров. Задержка отвердевания может пригодиться при заливке поверхности большой площади для равномерного получения результата. Замедлители также используют при необходимости перевозки готового раствора на дальнее расстояние. Для художественно оформленных изделий из бетона в состав жидкой смеси добавляют нужные пигменты. Современные гидрофобизирующие и фотокаталитические добавки позволяют снизить проникновение влаги вглубь пор бетонных оснований и успешно бороться с развитием бактериальных, грибковых колоний на поверхностях, избавляют от излишней пыли, грязи. Для корректировки различных свойств используют клей ПВА, поваренную соль, стеклянную крошку. Технологи предприятий, изготавливающих стройматериалы, учитывают все возможности улучшения свойств бетонных составов.

Какие материалы составляют бетон

Об этом и многом другом, расскажем в нашей статье.

А теперь ближе к делу!

Бетон - это искусственный каменный строительный материал.

В состав смеси входят четыре основных ингредиента:

1. Вяжущие материалы.  Такие как цемент. Иногда используется известь.
2. Мелкий заполнитель.  В основном используется песок. 
3. Крупный заполнитель. Лучше всего подходит щебень, каменная крошка, кирпичная крошка, и.т.п.. 
4. Вода.

Итак, примерный состав прояснился.

Теперь обо всём по подробнее.

ПЕСОК.

Если необходимо приготовить бетон для  дальнейшей заливки фундамента , лучше использовать речной песок с  размером частиц 1.3-1.5 мм . Для приготовления  высокомарочного бетона  берут  фракцию 2-2,5 мм . Если же необходим  бетон более низкой марки  (до М200), допускается использовать песок фракции 0,7-1,3 мм. 

Логика должна быть понятна: чем более прочный раствор/бетон  необходим, тем более крупную фракцию используют.

ЩЕБЕНЬ.

Самым качественным материалом для создания бетонных конструкций высокой марки, считается гранитный щебень.

Его добывают путем подрыва  плотных горных пород  с последующим дроблением на фракции.
Прочность и твёрдость щебня   (М1200-1400)  проявляется в виде его минерального состава. В качестве исходного сырья используются твёрдые скальные породы.
( гранит , габбро, диабаз и др…)
Ближайшее к Самарской области месторождение плотных горных пород располагается  на Урале , по этому такой вид скальной породы существенно отличается в цене, в виду дальности транспортировки.

Гравий

 - это осадочная горная порода.
Состоит  в основном из  камней обтекаемой формы.
Чаще всего гравий добывают  со дна рек.  Но иногда его добыча осуществляется в  карьерах . Фракция данного материала соответствует  10-20 мм.
Материал широко используется:
- В качестве наполнителя  в бетоне  и  смесях ,
- В возведении домов, укладке  дорог,  организации  насыпей,
- В  дизайн-проектах  обустройства  приусадебных участков,
- Нередко  гравий  используется в качестве  утепляющего элемента.

Известняковый щебень 

– довольно популярный наполнитель для производства бетона. Он отлично подходит для создания невысоких марок, от М100 до М250. Но и у него бывает разная прочность. Она во многом зависит от состава известняковой породы и присутствия примесей доломита. К примеру щебень М600 Отлично подойдёт для марок М200-М300, А щебень М400 для марок от М100, до М200.

ЦЕМЕНТ.

Для создания бетона нужной марки, определяется пропорция количества цемента к остальным составляющим.

О пропорциях в смеси читайте в источнике.

Определяют марку бетона по следующим критериям:

1. Общая масса здания. 
2. Характеристика грунта. 
3. Конструкция основания. 
4. Климат региона. 
5. Водопоглощение материала. 

Так, в частном секторе чаще заливают ленточный фундамент. Он подходит для одноэтажного строения в виде сарая, гаража, бани или дома. Как правило, бетон выбирают М150.

На проблемном грунте устраивают плитное железобетонное основание. Для него понадобится раствор М200. Для столбчатого фундамента актуален состав М250.

Если рассматривать общую характеристику бетонов на основании прочностных показателей, то применимость различных смесей выглядит так:

• М50-75  отличаются хрупкостью с предельной нагрузкой 65 кг/кв.см.; 
• М100  выдерживает до 98 кг/кв.см., что допустимо для формирования подосновы, устройства опор под гараж, хозяйственный блок или небольшой дом из бруса; 
• М150  имеет прочность 164 кг/кв.см., актуальную для каркасного или блочного здания высотой до 3 м; 
• М200  незначительно сильнее М150 (196 кг/кв.см.), поэтому применяется также для ленточного фундамента;  

Ленточный фундамент изготавливается с маркой бетона не ниже М200Источник build-blog.ru

• М250  способен выдержать до 262 кг, что позволяет использовать раствор для работ с высокими грунтовыми водами и зданиями до 3 этажей из дерева или вспененных блоков; 
• М300 и М400  справляются с нагрузкой почти в 400 кг/кв.см., что расширяет область применения до основ для многоэтажных домов из кирпича; 
• М450-М700  в частном секторе редко используются из-за высокой стоимости, они набирают прочность до 720 кг/кв.см. при правильных пропорциях и применении высокопрочного щебня.

Решая, какой цемент нужен для фундамента дома, важно учесть природу грунта. Так, для однородной почвы каменистого или песчаного характера подходят бетоны М200, М250, а при 2-3 этажах – до М400. Присутствие глины в земле при минусовой температуре объясняет увеличение объёма грунта и нагрузки на фундамент. Целостность обеспечат в этом случае составы М350-М450. 

Но к счастью цена на цемент марки М500 не существенно отличается от вышеупомянутых. По этому не скупитесь, и сделаете качественную конструкцию. Ведь приятно быть на сто процентов уверенным в прочности своего изделия!)

Иногда используются различного рода добавки

Противоморозные присадки.

Как влияет состав на структуру бетона

Условия твердения, вид и качество минерального вяжущего, заполнителей, воды и добавок предопределяют структуру и свойства бетона. Образование этого искусственного каменного монолитного материала происходит за счет сцепления цементного камня с зернами заполнителя. Прочность полученного контактного слоя зависит от пористости заполнителя и его способности к химическому взаимодействию с вяжущим веществом. Следовательно, бетон состоит из цементного камня, зерен заполнителя, контактного слоя между ними и пор: воздушно-замкнутых, образованных за счет вовлечения воздуха в бетонную смесь при перемешивании, и капиллярно-открытых, полученных в результате испарения воды, не участвующей в гидратации.

Различают макро- и микроструктуру бетона. Макроструктуру оценивают визуально или при небольшом увеличении. Элементами структуры являются крупный заполнитель, песок, цементный камень, поры различного характера.

Микроструктуру, которая включает непрореагировавшие зерна цемента, кристаллические новообразования, микропоры различного размера, изучают при большом увеличении под микроскопом (до 30000 раз). Свойства бетона в большей степени зависят от состава и микроструктуры цементного камня, а также от состава и строения контактного слоя. Свойства цементного камня определяются степенью гидратации минерального вяжущего, прочностью и долговечностью образованных кристаллических продуктов, наличием и размером микропор. Установлено, что пористость тяжелого бетона на плотном заполнителе обусловлена в основном пористостью цементного камня

П _общ =,

В зависимости от механизма образования поры цементного камня подразделяют на поры геля (0,001 – 0,001 мкм), контракционные (0,01 – 0,1 мкм) и капиллярные (более 0,1 мкм). Наиболее опасны открытые капиллярные поры, доступные для воды при обычных условиях водонасыщения и фильтрации под давлением. Наличие капиллярных пор снижает морозостойкость, водонепроницаемость, долговечность бетона.

Монолитность, проницаемость и стойкость бетона в значительной степени определяются качеством контактного слоя между заполнителем и цементным камнем. От его ширины, плотности и прочности зависит, будет ли бетон работать как единое целое. На ширину контактного слоя, которая составляет 30 – 180 мкм, влияют следующие факторы: пористость и шероховатость поверхности заполнителя, его химический состав, вид и активность цемента, водосодержание смеси и условия твердения бетона. Тепловая обработка, как правило, увеличивает в 2 – 3 раза ширину контактного слоя, который по своему составу и свойствам отличается от цементного камня в объеме. Это связано с тем, что заполнитель, как правило, не является инертным компонентом бетона, а взаимодействует с цементным камнем, образуя новые кристаллические соединения. Пористые заполнители вследствие проникновения цементного теста в поры зерен обладают большей прочностью сцепления с цементным камнем, чем плотные. Состав, структура, прочность цементного камня и контактного слоя предопределяют основные эксплуатационные свойства бетона.

Какие факторы влияют на прочность бетона

Прочность бетона зависит от ряда факторов, среди которых:

• Активность цемента. Между прочностными характеристиками бетонного продукта и активностью вяжущего существует линейная зависимость. Чем выше активность, тем лучше прочностные показатели.
• Количество вяжущего. Повышение содержания вяжущего положительно влияет на прочностные характеристики только до определенного процентного содержания. Выше – прочностные показатели растут незначительно, а другие технические параметры ухудшаются – растут усадка и ползучесть.
• Водоцементное соотношение. Оптимальная величина определяется необходимой маркой удобоукладываемости. Обычно в смеси содержится 40-70% воды. Превышение оптимального количества жидкости инициирует образование пор, снижающих прочность конечного продукта.
• Гранулометрический и минералогический состав заполнителей. На прочность бетонного продукта отрицательно влияют: неоптимальный состав мелкого и крупного заполнителей, наличие в них пылевидных и глинистых частиц.
• Качество воды. Вода, используемая для затворения смеси, берется из водопровода питьевого назначения или проверяется в лаборатории на присутствие в ней примесей, отрицательно влияющих на качество конечного продукта.
• Вибрирование бетонной смеси при укладке. При вибрировании из смеси выходит лишний воздух, снижающий прочностные характеристики. Однако излишнее вибрирование приводит к расслаиванию смеси.
• Соблюдение оптимальных условий твердения.

Какие свойства должен иметь хороший бетон

Для различных по назначению строений нужен бетон различного качества. Для жилых помещений оно одно, для нежилых – другое, также отличается для небольших построек или многоэтажных зданий.

Многим заказчикам хочется быть уверенным в соответствии качества заказанного бетона и привезенного поставщиком на стройплощадку – не отличается ли оно. Существует несколько способов, позволяющих проверить бетон на качество:

1. Берется небольшой деревянный ящик (10 см в длину и ширину), немного увлажняется, в него заливается смесь. Через 28 дней стоит отвести его на лабораторное исследование, которое определит, соответствует ли указанная в договоре с поставщиком марка бетона с действительностью.
2. Смотрите на цвет. Если вы не заказывали, чтобы бетон приготовили с различными добавками, то он должен быть серого цвета. Если ярко выражен рыжеватый оттенок, это свидетельство того, что в смесь добавлено много песка, который не способствует прочности бетона. Лучше всего вернуть подобную консистенцию обратно производителю, указав все недостатки водителю или же, связавшись с поставщиков лично.
3. Смесь должна быть однородной, без каких-либо комков. Если же последние вами все-таки замечены, это говорит о то, что смесь недостаточно хорошо перемешали.
4. И дедовский способ – стукнуть по бетону после его застывания. Наличие крошек – свидетельство недостаточно хорошего качества. Резкий звук – гарантия хорошей прочности и долгой службы.

Как влияет структура на прочность бетона

Прочность зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является марка цемента (активность), водоцементное отношение, вид и качество заполнителей (прочность, характер зерен, отсутствие вредных примесей и др.). Чем выше качество заполнителей, тем при прочих равных условиях выше прочность бетона.

Формулы прочности бетона содержат коэффициенты зависящие от качества заполнителей:

,

где R_б– прочность бетона в возрасте 28 суток;

R_ц– марка (активность) цемента;

Ц/В – цементно-вводное отношение;

А – эмпирический коэффициент, учитывающий влияние заполнителя на прочность бетона.

Влияние заполнителей на свойства бетона определение сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя и собственно прочность заполнителя. Исследования показали, что прочность бетона зависит не столько от прочности заполнителя, сколько от прочности сцепления цементного камня с поверхностью зерен заполнителя. Сцепление зависит от формы зерен и шероховатости поверхности заполнителя. Щебень как заполнитель лучше гравия, т.к. имеет более благоприятную для сцепления форму зерен и развитую шероховатую поверхность. Помимо формы зерен на сцепление влияет чистота поверхности заполнителей (содержание 1-2% пылевидных глинистых частиц). Положительное влияние оказывают пористость зерен заполнителя. Если в бетоне нет сцепления между цементным камнем и заполнителем, то прочность зерен заполнителя не имеет важного значения, т.к. работает только цементное тесто. При хорошем сцеплении зерен заполнителя с цементным камнем, прочность заполнителя приобретает важное значение в формировании прочности бетона.

Как влияет температура на структуру бетона

Отвердевание бетонной смеси начинается от краев, постепенно переходя ближе к центру. Оно осуществляется за счет потери воды и формирования кристаллической массы. Вот как влияет температура на данный процесс:

• При температуре +15 – +25 градусов бетон застывает за первую неделю, он способен набрать до 70% прочности. Для получения максимальной твердости понадобится до 28 дней. Чтобы сохранить влагу, поверхность можно накрывать пленкой или влажной мешковиной.
• При понижении температуры до +5 градусов процесс замедляется в 2-5 раз, и получить максимальную прочность смеси возможно только за пару месяцев.
• Если температура снижается еще больше, структура бетона может нарушаться: формируются микротрещины, которые уменьшают прочность бетонной конструкции.

Неопытных строителей и заказчиков работ часто интересует, при какой температуре заливают бетон на улице для сохранения его качества. Нужно помнить, что при минусовых температурах вода в бетоне замерзает, но если он успел набрать минимально требуемую прочность, после размораживания он продолжит затвердевать. Но если критическая прочность не набрана, то промерзшая вода будет расширяться, а ее молекулы будут разрушать образованные связи раствора. Материал станет более хрупким, пористым, что существенно снизит срок его эксплуатации. Для фундамента критически важно, чтобы бетон был надежным.

Минимально требуемая прочность зависит от марки бетона. Для предварительно напряженных конструкций этот показатель находится на уровне 70%, для растворов М100, М150 достаточно 50%, для марок М200, М25 и М300 хватает 40%, а для М400 и М500 — 30%.

Какие типы бетона существуют

Прочность является ключевым показателем, чаще всего марку бетона выбирают исходя из этого параметра. При этом саму прочность бетона классифицируют разными способами, да и прочность бывает разной: изгиб, сжатие. Измеряют ее в кг/квадратный сантиметр, для измерения пользуются прессом. По большей части прочность бетона зависит от пропорций компонентов, но сами по себе они не являются единственным фактором, ведь также учитывают:

Погодные условия в момент заливки бетона;

Соблюдение всех условий, технологических моментов;

Качества воды (ее состава), заполнителя.

Есть не только марка бетона по прочности, но и его класс, где опускается отклонение на 5% максимум. В профессиональном строительстве чаще всего ориентируются именно на класс, который обозначается буквой «В». Но в нашем случае нам во все эти детали (там есть нюансы, ГОСТы и т.д.) вникать не нужно, ведь нас интересует исключительно практическая точка зрения. А с практической точки зрения разные марки бетона используют для следующих задач.