Все про бетони
У цій статті я хотів би розповісти про основні властивості і характеристики бетону, його укладання, терміни схоплювання та інші споживчі якості цього незамінного в будівництві матеріалу. Мені не хотілося б молоти воду в ступі і цитувати тут енциклопедичні дані про бетон, які Ви могли б легко знайти в будь-якій статті, які копіюються з сайту на сайт у великій кількості, і з практичної точки зору - малокорисні. Термінологія та побудова тексту подібних оповідань здатні ввести в оману навіть людей, які знають предмет розмови. Я колись намагався почерпнути якусь потрібну інформацію про бетон, але частіше стикався або з суконною мовою ГОСТів, або з такими екзерсисами. Мені, як практикуючому будівельнику, хотілося б розповісти про найнеобхідніше, і звичайно, я намагатимусь це зробити простими словами: без «конгломератної будови каменеподібних матеріалів розливних форм»
Склад бетону. Готова бетонна суміш, вона ж товарний бетон — рухомий склад із чотирьох основних компонентів, що замішуються у певній пропорції: цемент, щебінь, пісок, вода. Аналогічна суміш, але без використання щебеню, називається цементним розчином або пескобетоном, правда в піскобетоні застосовується пісок більшої фракції (модуль крупності). Вагове співвідношення компонентів для приготування бетонної суміші приблизно таке: Цемент -1 частина, Щебінь 4 частини, Пісок - 2 частини, Вода - ½ частини. Наприклад: цемент – 330 кг, щебінь – 1250 кг, пісок – 600 кг, вода – 180 літрів. Звичайно, ці цифри дуже приблизні і насправді залежать від багатьох факторів таких як: необхідна марка бетону, марка цементу, характеристики щебеню та піску, використання пластифікаторів інших добавок і т.д.
Наприклад: при використанні цементу м-400 бетон з таким складом покаже марку м-250. При цементі м-500 марка бетону буде вже м-350. Цифри умовні! При виробництві бетону на бетонному заводі враховується не один десяток параметрів та характеристик.
Цемент та вода – головні компоненти бетону. Власне, на них покладено основну функцію — зв'язати всі компоненти в єдину монолітну структуру. Дотримання правильної пропорції цих двох компонентів (водоцементне відношення) – найголовніше завдання у виробництві бетону. Адже не тільки про кількість води та цементу, введених у бетон. З цим якраз все просто. Важливо врахувати всі нюанси: вологість щебеню і піску, їх вологопоглинання і т.д. і т.п. Багато хто напевно стикався з цим каменем, коли відкорковували мішок цементу, що залишився лежати в сараї з минулого літа: –) Ну і що ж виходить. Цемент і вода – самі собі камінь. Начебто цілком самодостатній матеріал. А ось і ні. Цементний камінь при твердінні деформується. Об'ємна усадка досягає 2 мм/м. Начебто і не багато, але через нерівномірність цих усадкових процесів, виникають внутрішні напруження, з'являються мікротріщини. Ці мікротріщини практично не видно, але міцність та довговічність цементного каменю знижується. Для того щоб зменшити ці деформації, до складу вводять заповнювачі:
Великі заповнювачі: щебінь
Дрібні заповнювачі: пісок
Роль цих заповнювачів — створити структурний каркас, який сприймає напругу усадки, і в результаті — готовий бетон дає меншу усадку. Також збільшується міцність та модуль пружності бетону (зниження деформацій конструкції під навантаженням), зменшує повзучість (коли бетон незворотно деформується при тривалих навантаженнях). Заповнювачі значно здешевлюють бетон. Адже цемент коштує значно дорожче за щебінь і пісок.
На початку статті Ви читали про зразкові пропорції основних компонентів бетонної суміші. Давайте тепер переведемо вагові частки в об'ємні та порахуємо:
Цемент 0,25 куб. м (330 кг. Насипна щільність цементу в середньому 1300 кг на куб. м)
Вода 0,18 куб. м. (180 літрів. Літри, вони і в Африці літри)
Щебінь 0.9 куба (1250 кг. при насипній щільності 1350 кг на куб. м.)
Пісок 0.43 куба (600 кг. При насипній щільності 1400 кг/куб.)
Отже, якщо все розкласти і розлити по різних посудинах, ми отримаємо загальний обсяг 1.76 кубометра! Як це все міститься в один куб бетону. Просто. Беремо літрову банку і засипемо її щебенем по шийку. Між окремими зернами буде багато вільного місця (міжзернова порожнеча). І ось цю саму порожнечу ми засипаємо двома склянками піску, однією склянкою цементу, і склянкою води, при цьому потряхуючи і помішуючи. І все влізе! В результаті подібних маніпуляцій ми отримуємо цілком щільну субстанцію. Всі пори заповнені, всі заповнювачі вперлися один у одного. Якщо бетон не рухати і не чіпати, він досить швидко починає тверднути (застигати). При вібруванні, перемішуванні бетон знову переходить у пластичний стан. (Тіксотропія). Як Ви тільки від нього відстанете - він знову почне перетворюватися на щільну пружну масу. Мабуть, ще кілька рядків про великого заповнювача (щебеню).
Міцність (марка) щебеню повинна бути приблизно в 2 рази більша, ніж розрахункова марка бетону. Робиться це через те, що проектна (28 добова) марка бетону завжди значно нижча, ніж його реальна міцність, яку він набере через півроку або рік. Міцність щебеню — не зростає з часом. Ось їх і нівелюють. У будь-якому випадку все це робиться у вигляді не нормованого проектними вимогами запасу міцності. Як то кажуть – на всякого пожежника. Ось викладка з ГОСТ 26633-91, про співвідношення марки щебеню та марки бетону.
Дуже коротко про основні види щебеню.
**Вапняк.** Середня міцність (марка) 500-600. Окремі види вапнякових наповнювачів (до 800) цілком придатні для виготовлення бетону аж до марки М-350, але через нижчу морозостійкість, вапняк зазвичай використовують для виробництва бетонів марок м-100 - м-300.
**Гравій.** Міцність основних видів гравію (800-1000) достатня для виготовлення марки бетону аж до М-450. (Звичайно, не вище м-400) Найпоширеніший вид наповнювача. Має всі хороші якості, необхідні для отримання більшості бетонних сумішей. Для індивідуального будівництва я вибрав би його. Бетон на гравії – дешевше. Для марок бетону, які використовують у приватному будівництві — міцність більш ніж достатня. Та й радіаційне тло менше ніж у граніту.
**Граніт.** Найбільш міцний із перерахованих наповнювачів. З додаткових переваг перед попередніми має більш високі показники (м до 1400), низьке водопоглинання і внаслідок цього підвищену морозостійкість. Наприклад, при будівництві доріг, сучасними ГОСТами дозволено використовувати тільки гранітний щебінь.
Звичайно, не все так просто із щебенем. Є ще багато нюансів, що вносять свої корективи: лещадність, % зерен слабких порід і т. д. і т. п. Але про це, якось наступного разу.
У всіх інформаційних матеріалах, прайс-листах тощо бетон вказується з цифровим і буквеним індексом. Обов'язково вказуються марка М-, клас В-, рухомість П-, водонепроникність W-, морозостійкість F-. Давайте коротко розповім про кожен із цих параметрів.
Міцність, марка, клас бетону. Методи визначення. Контрольні проби.
Вибір та купівля конкретного виду та марки (класу) бетонної суміші визначається Вашим проектом. Якщо проекту немає, то можна довіритись рекомендаціям Ваших будівельників. Вони можуть порадити бетон тієї чи іншої марки чи класу. Якщо у Вас є деякі сумніви щодо компетентності Ваших будівельників, можна спробувати розібратися самостійно.
Цифри марки бетону (м-100, м-200 і т. д.) позначають (усереднено) межу міцності на стиск у кгс/кв. див. Перевірку відповідності необхідним параметрам здійснюють стиском спеціальним пресом кубиків або циліндрів, відлитих з проби суміші, і витриманих протягом 28 діб нормального твердіння.
У сучасних проектах бетон позначається у класах. Загалом і в цілому, клас бетону — параметр схожий на марку, але з невеликими нюансами: у марках використовується середнє значення міцності, у класах — міцність з гарантованою забезпеченістю з коефіцієнтом варіації 13%. Втім, для Вас це не має жодного значення. Не морочитиму голову з коефіцієнтами варіації міцності, та іншими технічними нюансами. У проектній документації, якщо вона у Вас є, має бути зазначено: бетон якого класу повинен використовуватися. Відповідно до СТ СЭВ 1406, всі сучасні проектні вимоги до бетону вказуються саме у класах. Не знаю — наскільки це дотримується, бо 90% будівельних організацій чомусь замовляють бетон у марках. Для Вас головне — щоб привезений Вам бетон відповідав марці, яку Ви власне замовляли. Перевірити можна, але не відразу. При розвантаженні бетону, взяти пробу і відлити пару-трійку кубиків розміром 10х10х10 см. або 15х15х15 см. Для цього можна сколотити з дощечок спеціальні форми потрібного розміру. Перед тим, як залити бетон у форми, скриньки бажано зволожити, щоб сухе дерево не забрало багато вологи з бетону, тим самим негативно впливаючи на процес гідратації цементу. Залиту суміш необхідно проштикувати шматком арматури або чимось подібним: потикати в суміш, як товчуть картоплю пюре, щоб у залитій пробі не утворилися незаповнені місця (раковини), вийшло зайве повітря і суміш ущільнилася. Також можна ущільнити суміш ударами молотка з боків скриньок. Відлиті кубики зберігайте при середній температурі (близько 20 градусів) та високій вологості (близько 90%). Через 28 днів Ви можете з чистою совістю принести всю цю красу в будь-яку незалежну лабораторію. Вам там все це придушать і винесуть вердикт — чи бетон відповідає заявленій марці чи не відповідає. Втім, не обов'язково чекати 28 днів, для цього існують проміжні стадії твердіння у віці 3, 7, 14 діб. Протягом перших 7 днів бетон набирає близько 70% розрахункової міцності (природно за умови нормальної температури) У сиру та холодну пору року терміни схоплювання бетону та період його твердіння істотно збільшуються.
Які нюанси можуть виникнути при заборі та зберіганні проб-кубиків:
Не розбавляйте бетон водою в автобетонозмішувачі.
Беріть проби безпосередньо з лотка бетонозмішувача.
Ретельно ущільнюйте бетонну суміш у формах штыкуванням (картопля-пюре)
Зберігайте проби в належних умовах: не на сонці та не на пічці. Краще у прохолодному підвалі, або просто у тіні.
Ось і все про кубики. Якщо Ви раптом забули взяти проби, а знати, що у Вас все гаразд хотілося б, — зверніться до незалежної лабораторії, яка може провести замір міцності на місці. І тому існують звані неруйнівні методи дослідження міцності: перевірка методами ударного імпульсу приладом склерометром. У народі називається простукати бетон. Також використовуються ультразвукові та інші методи визначення міцності.
Переходимо до інших важливих параметрів бетону. А саме:
Зручність, рухливість, осаду конуса.
Всі ці терміни, загалом, говорять про те саме. Позначення в накладних та паспортах бетонної суміші у вигляді літери П з коефіцієнтом від 1 до 5 ( приклад: П-3) або так: осад конуса 10-15 см. Для практичного застосування важливо знати наступне:
Для стандартних монолітних робіт застосовується бетон рухомості П-2 - П-3. При заливанні густоармованих конструкцій, вузьких опалубок, колон та інших подібних вузьких порожнин, важкодоступних для заповнення бетоном, бажано використовувати бетон з рухливістю п-4 та вище (осада конуса 16-21 см). Подібна бетонна суміш може називатися - литий бетон. (В епоху розвиненого соціалізму литим вважався бетон з осадкою конуса від 12 см. - Трохи більше ніж п-2) Подібні види бетонної суміші добре переносять укладання в опалубку, без використання вібратора. Аналогічну рухливість бетону варто вибрати, якщо для укладання бетонної суміші використовується бетононасос.
Є ще таке поняття як жорсткість бетону. Позначається літерами Ж1-Ж4. В основному, коли говорять про жорстке, мають на увазі тонкий бетон, що використовується, в основному, у дорожньому будівництві. Він відрізняється зниженим вмістом води та цементу. Про наджорсткі види я писати не буду. Навряд чи Вам це знадобиться.
Для полегшення заливки та за відсутності на об'єкті вібраторів, виконроби та будівельники найчастіше збільшують рухливість, розбавляючи бетон у бетонозмішувачі водою, що робити категорично не варто! Бо водоцементне відношення — одна з ключових пропорцій, від якої залежить остаточна міцність бетону. Причому навіть незначне розведення суміші водою здатне істотно знизити міцність на одну-дві марки. Бетон розрахункової марки М300, в результаті розведення водою, може легко показати М100 М200.
Збільшення рухливості бетонної суміші до показників П4, П5, осад конуса більше 16 см. досягається виключно за рахунок застосування на заводі добавок пластифікаторів. Тільки так можна отримати литий бетон, призначений для укладання в опалубку із щільним каркасом з арматури, або при монолітних роботах із застосуванням бетононасосу. Розбавивши бетонну суміш водою, Ви неодмінно погіршите його якість.
Коефіцієнт морозостійкості бетону.
Позначається буквою F з цифрою від 25 до 1000 і говорить про кількість циклів заморожування-розморожування, при якому бетон зберігає свої початкові характеристики міцності (з допустимими відхиленнями). Яку практичну цінність цей параметр має для Вас? Ну якщо коротко, то: цикли заморожування відтавання - це переходи вологонасиченої бетонної конструкції з мокрого стану, стан замерзлий і назад.
Чим це загрожує. Візьмемо стандартну картину: зволоження бетонних конструкцій на прикладі капілярного підсмоктування вологи із землі фундаментом будинку. Вода, що тане сніг, волога земля і т. д., заповнює мікропори бетону за принципом, схоже на ґнот в гасі. Бетон тут виступає в ролі губки, що вбирає. Потім ця вода в мікропорах замерзає, а замерзнувши — розширюється, роздираючи все, що їй заважає. Ось тут і відбуваються зміни в структурі бетону: мікротріщини і т. д. Причому, наступного разу, вода, заповнивши ці мікротріщини і замерзнувши, розірве їх ще більше. Безумовно, все відбувається не так страшно, як я тут розписав, адже фундаменти, як правило, захищені гідроізоляцією, вимощеннями, гідрофобізаторами. Зволоження відбувається не так інтенсивно, не на всю товщину бетону і т.д. Але хотілося б, щоб Ви більш-менш розуміли природу процесу.
На бетонних заводах та бетонозмішувальних вузлах різних комбінатів, що виробляють ЗБВ, випробування контрольних зразків проводяться у критичних режимах. Бетонний кубик буквально вимочують у воді (або спеціалізованому розчині) з вологонасиченням по повній програмі, і заморожують відразу до -18. І так — із проміжними вимірами до досягнення критичної точки, а саме — втрати розрахункової міцності. Кількість таких циклів вода-лід і є коефіцієнт F. У такому режимі частково працюють фундаменти на вологонасичених грунтах, опори мостів, що стоять у воді, та й інші гідротехнічні споруди.
Для збільшення морозостійкості, бетонні заводи використовують різні добавки в бетон, наприклад повітротягуючі і т. д. Але морозостійкість, збільшена повітроволочними добавками (понад норми для цієї марки бетону) - зменшує його міцність. Там знайшли тут загубили. Найбільш хороших результатів у збільшенні морозостійкості можна досягти, використовуючи в замішуванні бетону гідрофобний або напружуючий цемент. Усі основні цикли відбуваються восени та навесні, коли перепади температур відбуваються щодня з плюсу в мінус і назад. У звичайному будівництві середньостатистична морозостійкість F100-F200.
Наступний параметр бетону, про який хотілося б сказати, нерозривно пов'язаний із морозостійкістю.
Коефіцієнт водонепроникності… Позначається у накладних чи паспортах на бетон, як коефіцієнт з літерою W. (W4, W8, W12, від 2 до 20). Водонепроникність бетону - здатність не пропускати через себе воду під тиском. Якщо цікаво дізнатися про методи визначення водонепроникності - почитайте ГОСТ 12730.5-84. Для збільшення водонепроникності (понад стандартної норми для цієї марки), в бетон, при його виготовленні вводять ущільнюючі та гідрофобізуючі добавки, або використовують у замішуванні суміші той же гідрофобний або напружуючий цемент. У чому актуальність цього параметра для приватного будівництва? У бетону з високим коефіцієнтом W є пара плюсів таких як:
Можливість виготовлення, без додаткової гідроізоляції, підвалів у районах із високим рівнем ґрунтових вод. Актуально, якщо заливання підлог та стін зроблено грамотно, без швів та перерв у бетонуванні. Начебто здавалося б, чому б не простіше зробити стандартну гідроізоляцію? Проте, якісно та технічно її зробити – не так просто. Я не беру до уваги професіоналів цієї справи. Їх мало, послуги їх недешеві. Найчастіше замовнику доводиться мати справу з всезнаючими і всеуміючими будівельниками, від яких варто очікувати різних сюрпризів у процесі експлуатації побудованого. Швидше за все, одвірки Вам наліплять в області сполучення підлоги та стін. Бо спочатку зроблять, а потім подумають, як усе це склеїти. Такий бетон, в принципі, не боїться морозів-відлиг. Коефіцієнти морозостійкості у нього дуже високі і розраховані на багаторічне використання у звичайних умовах. Це може бути особливо актуально для відкритих, незахищених конструкцій, таких як бетонні доріжки, вимощення, стрічки огорож, а також для пальових фундаментів на вологонасичених ґрунтах.
Однак, у всьому цьому пишноті є один мінус: виробляють такий бетон лише високих марок (з високим вмістом цементу), тому він коштує значно дорожче. Доставити на об'єкт і укласти такий бетон теж непросто. Швидкий час схоплювання не дозволяє розслабитись. Завжди є ризик залишитися віч-на-віч з нерозбивною брилою на будмайданчику. Та й небагато заводів здатні забезпечити та гарантувати таку якість суміші.
Є альтернатива у вигляді самостійного використання спеціальних добавок, але де гарантія, що добавки введені в потрібній пропорції, вони ретельно перемішалися в бетоні. Знову ж таки сумнів — чи додавалися вони взагалі, чи будівельники про них забули, а потім вилили під кущик… Досить часто, сам процес будівництва контролюється замовником дуже поверхово. Здебільшого контролюють результат, а що та як там усередині — мало кому відомо. Про це дізнаються лише потім - у процесі експлуатації: там потекло, а тут урвалося. Та не будемо про сумне.
В принципі, я згадав лише основні, але на мій погляд найголовніші властивості бетону, які можуть бути актуальні для приватного забудовника. Насправді, бетон має ще безліч різних властивостей і характеристик, але на запитання, — А чи треба воно вам, — я швидше почую негативну відповідь…
Увага! Бетон може втратити якість:
Внаслідок розведення бетону водою на об'єкті. Це явище є родовою болячкою кустарів-виконробів та їх підопічних. Густий бетон укладати важче ніж рідкий. Як кажуть на будівництві: Водічки додай, він сам розіллється. Цього робити як не варто. Надлишкова вода в бетонній суміші не входить у хімічний. реакцію із цементом (цемент забирає стільки води, скільки йому необхідно для гідратації). Ця зайва вода залишається у бетоні у вільному вигляді. Надалі вона випаровується, висихає, а в структурі бетону утворюються порожнечі та пори. Вони знижують марочну міцність бетону. В результаті так званого зварювання бетону, що найчастіше відбувається через збільшений час міксера в дорозі, несвоєчасне розвантаження, спекотну погоду і т.д.
Внаслідок неякісного ущільнення бетонної суміші (укладання без вібрування). У неущільненій бетонній суміші міститься значна кількість повітря. Ці повітряні пори, порожнечі, раковини, якщо їх не ліквідувати вібруванням, можуть значно знизити марку бетону.