Основные характеристики бетона

Распределения вероятностей качества бетона
Марка и класс бетонов

Прочность бетона на сжатие

   Прочность бетона является важнейшей его характеристикой, по ней устанавливается класс бетона. Для обозначения прогнозируемой прочности бетонных смесей используют классы или марки бетона.

   Класс бетона - это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным. Согласно СНиПу класс обозначается латинской буквой "В" и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа) по истечении 28-и суток созревания (если нет других временных ограничений).

      Марка бетона - это предел прочности на сжатие в кгс/см.кв., обозначается латинской буквой "М" и цифрами от 50 до 1000. Марка бетона задаёт не более 50% обеспеченности его характеристик. При производстве бетона определённой марки можно получить очень разные классы бетона - это будет зависеть множества обстоятельств: от качества сырья, от точности дозировки, от способа смешивания и пр. Например, при производстве бетона марки М400 ручной бетономешалкой можно получить класс бетона В25, на бетонном узле та же марка будет соответствовать классу В30, а на высокотехнологичном современном оборудовании можно получить бетон класса В35. Как такое происходит и в чём парадокс табличного перевода марки в классы хорошо рассказано в этом видео.

Слева приведена типичная таблица соответствия марок и классов бетона. 

      Прочность бетона растет с увеличением количества цемента в составе бетона и с уменьшением количества воды. Соответственно добавление воды в бетонную смесь обязательно ведет к снижению конечной прочности бетона. На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста. Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 суток прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 суткам замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 суток, 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.
     Реальную прочность бетона в конструкциях определяют испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси и твердеющих в условиях аналогичных условиям эксплуатации конструкций. Большое влияние на скорость нарастания прочности бетона оказывает температура окружающей среды. При 700 – 850 
°С в атмосфере насыщенного пара бетоны через 10 - 12 ч набирают прочность 60 - 70% марочной. При низких положительных температурах (50 - 70°С) окружающего воздуха скорость нарастания прочности бетона замедляется, а при температуре ниже 0°С твердение бетона прекращается и возобновляется вновь при установлении в окружающей среде устойчивой положительной температуры. Об создании правильных условий для созревания бетона написано в статье "Уход за бетоном".

   Вследствие неоднородности бетона и других случайных факторов действительная прочность бетона может существенно отличаться от среднестатистической, поэтому в расчёт вводят показатели прочности, задаваемые с определённой надёжностью. Для расчета по предельным состояниям первой группы характеристика по прочности должна быть обеспечена в 99,7% случаев. Это значит, что для реальных расчётов по прочности используют не марочную прочность, а прочность с большим запасом из таблички ниже. Так например, возьмём бетон марки М400. Его марка говорит нам о том, что средняя прочность бетона составит 40 МПа. Но "средняя" означает, что в половине случаев бетон может оказаться более прочным, а в половине случаев - менее! Обрано говоря, из 1000 колонн половина не выдержит нагрузку в 400 кгс/см². Поэтому используют классы бетонов, для нашего примера это класс В30, говорящий нам о том, что в 95% случаев его прочность будет не менее 30 МПа (из 1000 колонн только 50 разрушатся под давлением 300 кгс/см²). Но и это ещё не является цифрой для дальнейших расчётов прочности. Существуют две группы предельных состояний, для которых приняты дополнительные ограничения.

      Так, для 2-й группы расчётное сопротивление сжатию нашего бетона составит 22 МПа. Как это понять? Если бетон класса В30 в 95% случаев прочнее 30 МПа, то в 5% случаев он может быть и слабее. Но это не значит, что эти 5% уже не пригодны к использованию. Расчётное сопротивление для зданий не супер важной ответственности принимают ещё с 95% вероятностью, т.е. допускается, что 5% бетона класса В30 может случайно оказаться слабее 22 МПа. Возвращаясь к нашим колоннам - из 1000 колонн 2 могут не выдержать 220кгс/см². 

    1-й класс ответственности ещё более суровый. Для него расчётное сопротивление того же бетона класса В30 принимают с обеспеченностью 99,7%. Т.е. лишь 0,3% может оказаться слабее 17 МПа. Или, возвращаясь к образу колонн из 1000 штук, на одной из них может появиться царапинка, если на каждую нагружать по 170 кг/см².

Марка по удобоукладываемости
Конус для измерения подвижности
Определение подвижности по конусу
Классификация бетона по плотности
Влияние ВЦ на морозостойкость

Удобоукладываемость

     Удобоукладываемость - это свойство бетонной смеси, показывающее, насколько легко она укладывается в форму при получении бетона максимально возможной плотности. Это свойство очень важно, так как именно от максимальной плотности напрямую зависят прочность и долговечность бетонной плиты. Однако термин удобоукладываемость относится, скорее, к условным характеристикам бетонной смеси, нежели к физическим.

   Согласно ГОСТу по удобоукладываемости различают бетоны: сверхжёсткие (СЖ) (жёсткость более 50 секунд); жёсткие (Ж) (жёсткость от 5 до 50 секунд); подвижные (П) (жёсткость менее 4 секунд, подразделяется по усдке конуса). Табличка по маркам удобоукладываемости приведена слева. Жёсткие и сверхжёсткие бетоны используют в бетонных изделиях с вибропрессованием, а для частного строительства используются преимущественно подвижные бетоны. Подвижность бетона подразумевает способность бетонной смеси растекаться под давлением cобственной массы и обозначается буквой "П". Чтобы определить величину подвижности бетона используют специальный конус, который в три приема слоями заполняют искомой бетонной смесью, уплотняя ее методом штыкования. Сразу после заполнения смесью форму снимают, после чего образовавшийся конус из бетонной смеси оседает под собственной массой. Величина осадки этого «бетонного» конуса и будет служить в качестве оценки степени подвижности бетонной смеси. Данный показатель позволяет различать степень удобоукладываемости бетонной смеси. Осадка конуса от 5 до 9 см соответствует марке по удобоукладываемости П2, от 15 до 21 см. марке по удобоукладываемости П4. Показатель удобоукладываемости имеет решающее значение при бетонировании с помощью бетононасоса. Для прокачки насосом используют смеси с показателем не ниже П4. Для увеличения подвижности смеси в неё вводят пластифицирующие добавки. Иногда увеличивают количество воды - но это неверный способ повысить удобоукладываемость, т.к. прочность бетона снижается в разы.

Плотность

   Сам тяжелый бетон не является плотным материалом. Имеющиеся в бетоне поры образуются вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении пластификаторов, снижающих водопотребление смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозостойкость и коррозийная стойкость и др. Сырой бетон после приготовления и укладки должен быть как можно быстрее уплотнён. В процессе уплотнения избавляются от воздуха в воздушных карманах, а также перераспределяют цементное молоко для более плотного соприкосновения с твёрдыми фракциями бетона. Это приводит к повышению прочности готового бетона. Для уплотнения используется вибрация. При виброуплотнении в монолитном строительстве используют ручные вибраторы, в блочном - вибропрессы. 

  Однако, при всех положительных качествах уплотнённого общестроительного бетона он имеет и большой недостаток - готовые конструкции получаются довольно тяжелыми. В железобетонных объектах с нагрузкой на изгиб часто половина их несущей способности расходуется на восприятие собственной массы. Это особенно ощущается в конструкциях с длинным пролетом и значительно ограничивает возможности использования железобетона. Применение легких бетонов дает возможность снизить вес конструкций до 40%, и тем самым увеличить их несущую способность или же уменьшить расход каркасной арматуры. Снижение показателей плотности бетонной смеси достигают, применяя легкие пористые наполнители.

     Но если необходимо изготовить легкий бетон заданной прочности, надо учитывать то, что чем легче наполнитель, тем меньше у него прочность. При изготовлении и продаже бетона получая высокопрочный раствор на легком, но низко прочном наполнителе, технологам приходится уменьшать его процентное содержание, увеличивая содержание цемента. В таком случае плотность бетонного материала будет выше, чем при использовании более прочного пористого наполнителя.

    Для смеси с необходимой прочностью в 5 МПа как наполнитель наиболее подходит керамзит. В бетонных составах с желаемой прочностью 20- 30 мПа самый эффективный наполнитель - ракушечник, пористость этого минерала такова, что дает наименьшую плотность при необходимой прочности.

Водонепроницаемость

  Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: W2, W4, W6, W8, W10, W12, W14, W16, W18, W20, W25 и WЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа. Цифры после буквы "W" обозначают давление в кгс/см.кв., при котором стандартные бетонные образцы диаметром и высотой 15 см не пропускают через себя воду. Эта характеристика важна для гидротехнических сооружений, резервуаров для хранения воды.

    Водонепроницаемость бетона зависит, в основном, от В/Ц, вида вяжущего, а также от содержания в бетоне тонкомолотых и химических добавок, условий твердения и возраста бетона. Кроме того, на водонепроницаемость бетона влияет структура пор. Понизив В/Ц, мы уменьшаем макропористость и повышаем водонепроницаемость бетона. Уменьшить В/Ц можно повышением расхода цемента при постоянном расходе воды, применением пластифицирующих добавок, в особенности суперпластификаторов, которые понижают водопотребность бетонных смесей на 20-30 %. Более высокую водонепроницаемость имеют бетоны на глиноземистом, расширяющемся, напрягающемся и высокопрочном цементах. Они присоединяют при гидратации большее количество воды и образуют более плотный цементный камень. Пуццолановый портландцемент за счет заполнения пор пуццолановыми добавками и их набухания также повышает водонепроницаемость бетонов. Повышают водонепроницаемость бетона на 2-3 марки уплотняющие добавки сульфата алюминия, сульфата железа, нитрата кальция и др. Повышение степени уплотнения бетонной смеси так-же увеличивает его водонепроницаемость. Это достигается механическими способами: вибрированием, прессованием, центрифугированием и т. д. или же удалением воды вакуумированием. С возрастом увеличивается количество гидратных новообразований, заполняющих макропоры. При этом водонепроницаемость повышается в значительной степени. Воздухововлекающие или газообразующие добавки тоже изменяют характер пористости, вследствие чего поры становятся закрытыми и более водонепроницаемыми для воды, чем открытые сообщающиеся. Ещё для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. 

Морозостойкость

     Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от F50 до F700. Чем выше морозостойкость, тем большее кол-во циклов замораживания оттаивания может выдержать бетон без снижения марки по прочности, количество этих циклов и означает цифра после "F". Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой F50. Морозостойкость бетона можно увеличить увеличением количества цемента в составе бетона, а также применением специальных добавок, например: молотый цементный камень или измельчённый ячеистый бетон автоклавного твердения. Суть таких добавок в том, что они создают резервные поры для отжатия в них воды, которая при замерзании расширяется на 9%.

Маркировка

   Согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», обозначение бетонной смеси должно содержать:

  • степень готовности;

  • класс по прочности;

  • марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности (для лёгкого бетона);

  • обозначение стандарта.

    Например, готовая к применению бетонная смесь тяжёлого бетона класса по прочности на сжатие В35, марки по удобоукладываемости П4, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W8 должна обозначаться как БСГ В35 П4 F200 W8 ГОСТ 7473-2010. В коммерческой практике принято также выделять в отдельную категорию высокопрочные спецбетоны ВС и бетоны с применением щебня мелкой фракции СМ.    

 

 

При твердении цементный камень дает усадку на 1-2 мм на метр. 

Спасибо всем, кто помогает проекту! Любая ваша помощь значима!

Российский руб.

© 2015 «Project - House».  

Сайт Дмитрия Петрова