Выбор цемента для приготовления бетона

Специальный

Здесь разновидности бетона столь же многочисленны, сколь и сама сфера применения этого строительного материала. Рассмотрим наиболее распространенные из них:

Жаростойкий бетон.

Изготавливается из тонкоизмельченных компонентов с повышенным содержанием активного кремнезема либо глинозема. Отлично работает при серьезных перепадах температур и длительном нагреве до +700-1700 °С (в зависимости от собственных огнеупорных свойств минеральных заполнителей). Используется в строительстве ТЭС и металлургических цехов, а также промышленных печей. Обладает хорошими прочностными показателями и имеет марку не ниже М250, но подвержен кислотной коррозии.

Гидротехнический.

Морозостойкий (до F300) вид бетона с минимальной водопроницаемостью. Применяется в производстве элементов канализационных и дренажных систем, плотин и некоторых подземных сооружений. Традиционно делится на дополнительные подгруппы: подводный и надводный, а также бетон переменного уровня. Все они работают в разных условиях среды, а потому отличаются по составу и характеристикам.

Дорожный.

К этой группе бетонов относятся атмосферостойкие смеси высокой прочности. Они используются в качестве дорожного покрытия, для обустройства промышленных площадок с интенсивной эксплуатацией, а также строительства ВПП (взлетно-посадочных полос).

Кислотоупорный вид бетона.

Также обладает невысоким водопоглощением за счет добавления в раствор жидкого стекла. Выдерживает нагрев до +1000 °С и обнаруживает стойкость к большинству агрессивных сред, кроме щелочей. Нашел широкое применение в отделке объектов химической промышленности. Однако как самостоятельный строительный материал почти не используется из-за относительно невысокой механической прочности, не превышающей В12,5-15.

Антирадиационный.

Имеет очень высокие показатели сопротивления растяжению и сжатию. Изготавливается на основе ПЦ либо ШПЦ с тяжелыми заполнителями – как правило, металлосодержащими. Мелкофракционными компонентами здесь выступают баритовые руды, дробь из чугуна или свинца. Все это может увеличить марку плотности до D6000.

Легкие бетоны

Существует и другой принцип классификации, который чаще применяют к легким и особо легким разновидностям ячеистых бетонов. Здесь уже все завязано на их плотность (а точнее – пористость). Она характеризует теплоизоляционные свойства искусственного камня и позволяет автоматически разделить на группы такой бетон по назначению:

D600 кг/м3 и выше – это конструкционные смеси и готовые строительные блоки. Они обладают достаточными показателями прочности, чтобы из них можно было создать не слишком массивную коробку дома в 2-3 этажа. Но их способность сохранять температуру внутри скорее идет как приятный бонус к основным характеристикам и не позволяет полностью отказаться от утепления.
D400-D600 – так называемые конструкционно-теплоизоляционные материалы, совмещающие в себе весьма среднюю прочность и более достойную энергоэффективность

Любой вид бетона с такими значениями плотности годится для строительства внутренних перегородок, но с осторожностью должен применяться при возведении даже малонагруженных ограждающих стен.
До D300-D400 – теплоизоляционные составы и изделия с высокими показателями пористости могут использоваться только в самонесущих и ненагружаемых конструкциях. Их главное назначение – сокращение энергопотерь через основные стены

Выпускаются в виде крупных и легких блоков, которые подходят для утепления многослойной кладки.

Разнообразные таблицы с техническими характеристиками бетонов не дают полного представления о возможностях их использования в строительстве. Поэтому прежде, чем выбирать такие материалы, необходимо изучать описание их эксплуатационных свойств и сферу применения.

Классификация бетонных растворов по маркам

Классификация видов бетонных растворов по маркам осуществляется в интервале: от марки 50 до марки 1000.

Указанная величина определяется с учетом объема цемента, добавленного в единицу бетонного раствора. Прочность бетонного вещества на сжатие вычисляется в кг на см2.

Исходя из этого, название марок бетона обозначается буквой М, с идущими после нее цифрами.

Большое цифровое обозначение говорит о высокой прочности растворов, а значит, подтверждает его высокое качество.

При этом, чем выше марка бетона, тем сложнее с ним работать, так как состав высокой плотности быстрее затвердевает.

Например, при изготовлении подушки под заливку фундамента, в ходе дорожных работ применяют бетоны марок 100 или 150.

В процессе изготовления отмостков, дорожек и стяжек, повышение марок бетона происходит до показателя с прочностью 200 и 350.

При этом марка М350 считается одной из распространенных, так как ее универсальные свойства отвечают всем необходимым требованиям индивидуального строительства.

М350 используется при сооружении разного типа фундаментов, в процессе возведения бетонных ступеней и опорных элементов стен.

Кроме того, марка 350 нашла свое применение в коммерческом строительстве.

С ее помощью получают фундаменты цельной конструкции, монолитные балки и стены, а также дорожные покрытия, свойства которых позволяют выдерживать большие механические нагрузки.

В результате такие марки как 250 и 300, потихоньку уходят со строительного рынка.

Технические свойства марок с высокими цифровыми показателями 400 и 450, делают возможным их применение при сооружении гидротехнических объектов, с расчетом на высокие нагрузки.

Более высокие марки бетона – М500 и М550, используют для возведения конструкций с особыми техническими требованиями (метро, дамбы или плотины).

Виды:

По плотности

Электронный измеритель плотности бетона.

Каждому виду цементной смеси свойственна прочность, зависящая от типа вяжущего вещества, а также от его пропорций в бетонах. Марка позволяет определить, какова прочность раствора, вне зависимости от его состава. По маркировке, обозначенной на бетоне, устанавливают плотность: чем она выше, тем прочнее материал. Для возведения конструктивных частей сооружений (колон, несущих стен, перегородок и пр.) строители зачастую пользуются тяжелыми разновидностями смесей (минимальное значение – М100). Что касается легких бетонов, то их чаще используют в качестве утеплителей. Однако сейчас, когда в продаже есть немало теплоизоляционных стройматериалов, керамзитобетон невыгодно применять. Он стоит дороже, а его теплоизоляционные свойства ниже других утеплителей.

Особо тяжелый

Таким видом бетонного раствора пользуются для строительства специальных конструкций, защищающих от воздействия радиации. К этому типу относятся смеси, плотность которых составляет больше 2500 килограммов на кубический метр. Для бетонов используют разные составы цемента (например, портландцемент). Смеси заполняют материалами, обладающими высокой прочностью (например, барит). Заполнители в этом виде должны обладать особыми техническими характеристиками.

Тяжелый бетон

Для строительных работ широко применяют материал, плотность которого составляет 1600-2500 килограммов на кубический метр. В качестве заполнителей в бетон добавляют гранит, щебень и пр. Существуют следующие разновидности стройматериала:

• для сооружений из железобетона;
• прочный;
• быстро застывающий;
• для гидротехнических конструкций;
• для дорог и взлетных полос.

Легкий бетон

Речь идет о как керамзитобетоне, арболите, и других типах материала, которые обладают меньшей плотностью, нежели предыдущие виды. Это обусловлено небольшим весом наполнителя или добавками, делающими структуру бетона пористой. Такой эффект возникает из-за попадания кислорода при перемешивании смеси.

Особо легкий

В состав добавляют почти невесомые заполнители. Стройматериал применяется для утепления, так как он не выдерживает нагрузки. Его не следует использовать даже для стяжек бетонных полов. Специалисты пользуются особо легким видом цементных смесей, чтобы снизить вес несущих бетонных конструкций и ограждений, вот почему помимо прочности для этого материала важна также плотность, которую можно определить по маркам.

Изделия из легкого бетона

К легкобетонным изделиям относятся камни, шипи и крупные блоки, изготовляемые из легкого бетона на заводах или строительных дворах применяемые для кладки стен, а также в качестве вкладных элементов в перекрытиях.

Легкобетонные изделия разделяются на следующие разновидности:

• а) камни (малые и средние блоки) весом до 30 кг сплошные для стен;
• б) камни (малые и средние блоки) весом до 30 кг пустотелые для стен;
• в) камни-вкладыши для перекрытий;
• г) крупные блоки.

Возможно изготовление камней и крупных блоков с готовой штукатуркой, получаемой на станке путем накладывания в форму одновременно штукатурной массы и основной массы камня в виде вертикальных слоев.. Размеры пустотелых камней не стандартизованы.

Размеры камней ограничиваются их весом, который для возможности укладки в стену двумя рабочими должен быть > 30 кг. Размеры крупно-блочных камней также не стандартизованы и имеют высоту 77 -154 см и ширину, равную толщине стены, определяемой статическими и теплотехническими расчетами.

Размеры крупных блоков ограничиваются их весом, зависящим от грузоподъемности имеющихся кранов (1—1,5 т, реже до 3 т). Кроме сплошных крупных блоков из шлакобетона в последнее время предложены более легкие блоки многослойные, составленные из различных материалов. Представляет интерес конструкция крупного блока. Этот блок состоит из бетонных стенок раскосной системы, расположенных внутри него и обеспечивающих его прочность; пустоты заполнены глиноизвестковыми ксиловкладышами, глиносмоляными легкими камнями (с опилками) или другим легким материалом. Заполнение увеличивает термическое сопротивление блоков.

Коэффициент морозостойкости бетона (F)

Коэффициент морозостойкости бетона — это количество циклов замораживания- размораживания бетона, при которых он сохраняет свои первоначальные характеристики. Обозначается буквой F с цифрой от 25-1000.

Как это происходит на объектах? Например, грунтовые воды на капиллярном уровне проникают в фундамент, при понижении температуры замерзают там. Замерзая, вода расширяется и раздирает бетон — образуются микротрещины. В следующий раз воды еще больше увеличат «насиженное» место, что, согласитесь, снизит прочность бетона. Конечно, это теория, на практике фундаменты защищены гидроизоляцией, отмостками гидрофобизаторами.

На СТРОЙТЕХ ПСК испытания образцов бетона на морозоустойчивость проводится в критических режимах. Бетонный кубик насыщают «по полной» водой или в специальным раствором и замораживают до -18. В промежутках замеряют прочность до достижения критической точки — потери заявленной прочности. Количество таких циклов вода-лед и есть коэффициент морозостойкости бетона.

Для увеличения коэффициента морозоустойчивости заводы по производству ЖБИ применяют различные добавки в бетон, например, воздухововлекающие. Но в этом случае уменьшается его прочность. Лучшие результаты получаются от использования в затворении бетона гидрофобный или напрягающий цемент.

В частном строительстве средняя морозостойкость — F100-F200.

Определение количества воды

Количество воды определяется в зависимости от требуемой подвижности, в зависимости от того, гравий мы применяем или щебень, от их наибольшей крупности. Так как у щебня структура чуть рваная, то воды надо больше. Смачиваемая поверхность у гравия наоборот, меньше.

Водопотребность бетонной смеси:

ОК, см	Ж, с	Расход воды, л/м3, при крупности, мм
гравия	щебня
10	20	40	80	10	20	40	80
—	40…50	150	135	125	120	160	150	135	130
—	25…35	160	145	130	125	170	160	145	140
—	15…20	165	150	135	130	175	165	150	145
—	10…15	175	160	145	140	185	175	160	155
2…4		190	175	160	155	200	190	175	170
5…7		200	185	170	165	210	200	185	180
8…10		205	190	175	170	215	205	190	185
10…12		215	205	190	180	225	215	200	190
12…16		220	210	197	185	230	220	207	195
16…20		227	218	208	192	237	228	213	202

Существуют специальные эмпирические таблицы, графики, на основе которых в зависимости от исходных данных можно определить необходимое количество воды.

График расхода воды в зависимости от осадки конуса и подвижности смеси

ОК – осадка конуса в сантиметрах, см;

1 ÷ 4 – подвижность смеси П1 ÷ П4

Для подвижных смесей, для щебня фракции 5-20:

— для подвижности П1 нужно 180 литров воды;

— для П2 – 195 литров;

— для П3 – 210 литров;

— для П4 – 230 литров.

Понятно, что чем выше подвижность, тем больше воды нам надо.

Получается, для нашего примера берем расход воды 195 литров (для П2).

Никакая методика не гарантирует стопроцентного попадания в те свойства, которые нам были прописаны в задании. Поэтому обязательно нужно делать замесы, подтверждать подвижность смеси, прочность бетона. Если они не соответствуют заявленным, то производить корректировку.

Следует заметить, что современный бетон без пластификаторов – это не бетон

Строительная химия сейчас используется абсолютно везде, неважно, на заводе или при самостоятельном замешивании бетона

Один из важных параметров пластификатора – это водоредуцирующий эффект, который измеряется в процентах. Водоредуцирующий эффект – это то значение, на которое пластификатор способен уменьшить количество затворяемой воды при сохранении той же самой удобоукладываемости смеси. Может быть 10%, 20%, 30%. Существует огромное количество пластификаторов, под различными брендами, торговыми марками, но активные компоненты у них одни и те же. В инструкции на пластификатор указаны как водоредуцирующий эффект, так и дозировка, которая зависит от массы цемента, и составляет от 0,1 до 1,5%.

Для примера возьмем пластификатор с водоредуцирующим эффектом 10%. И нам для подвижности П2 нужно брать уже не 195 литров, а:

В = 195 л – 20 л (10% от 195 л) = 175 литров

Огнестойкость

Под огнестойкостью бетона понимается его устойчивость к пожарам. Данное свойство достаточно высокое у цементно-строительных смесей. Ведь во время нагрева бетонной конструкции происходит распад кристаллогидратов цементного камня и выделяется путем адсорбции химически связанная жидкость, которая при испарении забирает практически все тепло. Благодаря этому процессу воздействие высоких температур на бетон сокращается.

Вместе с тем во время интенсивного нагрева бетонных строений расширяются частицы цементной смеси и добавленного в нее заполнителя. Это приводит к сильному напряжению внутри строительного материала, в результате чего сокращается сцепка между его компонентами, и снижаются его прочностные характеристики.

Укладка и уплотнение бетонной смеси

Основным требованием при бетонировании является послойная укладка бетонной смеси с тщательным уплотнением каждого слоя. Обновлять укладку бетонной смеси можно после достижения бетоном в районе рабочего шва прочности не менее 1,5 МПа. Массивные конструкции бетонируют слоями, толщину которых определяют по формуле:

h = Qt/F

где: h — толщина укладываемого слоя, м.;

Q — интенсивность подачи бетонной смеси, м3 /час;

F — площадь бетонной конструкции, м ;

t- максимальная длительность времени перекрытия ранее уложенного слоя, час.;

t = t1 – t2

где: t1 — промежуток времени между затвором и началом отвердевания цемента, час.

t2 — длительность транспортировки и укладки первой порции бетонной смеси, час.

Для обеспечения уплотнения укладываемого слоя, его толщину принимают не более 1,25 длины рабочей части внутреннего вибратора.

Колонны, стены и перегородки бетонируют ярусами. В пределах яруса бетонную смесь укладывают непрерывно, между ярусами устраивают рабочие швы. Высота яруса принимается 2-3 м.

В балки, прогоны и плиты перекрытий бетонную смесь укладывают, как правило, одновременно. В плитах толщина укладываемого бетонного слоя, составляет 12-25 см.

Арки и своды бетонируют в направлении от пят к замку, одновременно с двух сторон. При пролете более 15 м. бетонную смесь укладывают полосами, длина которых такая же как и продольной оси конструкции. Между полосами оставляют небольшие разрывы, которые заполняют через 5 — 7 дней.

В бетонные подготовки бетонную смесь укладывают широкими полосами между маячными досками сразу на всю высоту.

Основной способ уплотнения смеси — вибрация.

Сущность его заключается в том, что с помощью вибраторов вызывают колебательные движения частиц смеси. В итоге резко снижаются трение и сцепление между ними, смесь приобретает подвижность структурной жидкости, которая стремится занять наименьший объем. Частицы смеси укладываются плотнее в опалубку, выдавливая на поверхность пузырьки воздуха и воды.

В зависимости от способа влияния на бетонную смесь при ее уплотнении различают внутренние, внешние и поверхностные вибраторы.

Внутренние вибраторы наиболее эффективны, их рабочий наконечник при работе окунают в массу, которую уплотняют.

Внешние вибраторы, прикрепляют к опалубке и через нее передают вибрацию на бетонную смесь.

Поверхностные вибраторы устанавливают на уложенный слой смеси.

По мере бетонирования внутренние вибраторы переставляют из одной позиции на другую. Шаг их передвижения составляет 1,5 — 1,75 радиуса действия.

Поверхностные вибраторы переставляют, перекрывая уплотненный участок на 50 — 100 мм

Длительность вибрации для внутренних вибраторов 20 — 40 с; поверхностных 20 — 60 с; внешних — до 60 с.

При бетонировании бетонных и ж/б конструкций неминуемы перерывы в работе. Поэтому устраивают рабочие швы. При возобновлении бетонирования, поверхность ранее уложенного бетона необходимо очистить от грязи и пленки цементного молока, чтобы обнажить крупный заполнитель. На старом затвердевшем бетоне делают насечку. Очищенную поверхность обдувают сжатым воздухом и смачивают водой.

Непосредственно перед возобновлением бетонированрования на подготовленную поверхность наносят слой цементного раствора состава 1:3.

Рецептуры бетона (применительно к торкрет бетону)

Рецептура торкретбетона или торкрет смеси должна обеспечивать бетон с такими качествами: экономичный, удобно укладываемый (подвижный), легко транспортируемый (сухие смеси для сухого торкретирования), легко перекачиваемый (торкрет бетон для мокрого торкретирования), и легко напыляемый. Рецептура должна соответствовать требованиям проекта (осадка конуса затворенной смеси, содержание воздуха, прочность, долговечность). Для достижения этой цели нужно использовать хорошо градуированный (с правильным гранулометрическим составом) заполнитель и цементную пасту соответствующего высокого качества. Хорошо градуированный заполнитель (рис. 3 (а)), необходим для улучшения и облегчения торкретирования (лучшее уплотнение, меньший отскок, и т.д.).

Хорошее качество цементного теста определяется с помощью относительно низкого В/Ц.. В случаях, когда В/Ц выбран слишком низким, чтобы получить нужную подвижность, в бетон вводятся специальные добавки, таких как суперпластификаторы и / или добавски уменьшающие В/Ц. Эти мероприятия позволяет сохранить В/Ц низким при производстве и укладке высококачественного торкретбетона.

После разработки рецептуры смеси, которая будет соответствовать всем требованиям конкретного проекта, рецептура торкретсмеси может быть похожа на пример в таблице 1.

Таблица 1 Типичная рецептура торкрет-смеси

Морозостойкость

Бетон который используется в сооружениях, тротуарах, тоннелях, должен иметь длительный срок службы и низкие эксплуатационные расходы. Хорошая прочность бетона позволит противостоять влияниям окружающей среды. Одним из наиболее разрушительных факторов является воздействие атмосферы в виде замораживания и оттаивания во время того как бетон все еще влажен, особенно при наличии противообледенительных солей. Замерзание воды в цементном тесте, частиц заполнителя или того и другого является причиной быстрого износа бетона. При правильном вовлечении воздуха, бетон становится намного более устойчивым к износу вызванному циклами замерзания и оттаивания. Бетон с вовлеченным воздухом более морозоустойчив чем бетон без вовлеченного воздуха, бетон с низким водоцементным соотношением (В/Ц), более долговечен чем бетон с высоким В/Ц.

Коэффициент водонепроницаемости

Водонепроницаемость бетона — это его способность не пропускать через себя воду под давлением, она неразрывно связана с морозостойкостью. Обозначается литерой W с коэффициентом от 1 до 20. Для увеличения водонепроницаемости в бетон на заводах вводят уплотняющие и гидрофобизирующие добавки или применяют в затворении смеси гидрофобный или напрягающий цемент.

Бетон с высоким коэффициентом водонепроницаемости позволяет без дополнительной гидроизоляции строительства подвалов в местах с высоким уровнем грунтовых вод, в том случае, если заливка стен и пола произведена профессионально без швов и перерывов. К тому же такой бетон долговечен — коэффициент морозостойкости у них высок, что идеально подходит для незащищенных конструкций, таких как бетонные дорожки, отмостки, ленты заборов, а так же, для свайных фундаментов на влагонасыщенных грунтах. Однако такой бетон недешев из-за высоких марок (с высоким содержанием цемента), особые условия так же требуются для того чтобы доставить и уложить его на объекте из-за быстрого времени схватывания.

Напоследок еще раз о том, от чего бетон может испортиться:

Во-первых, ни в коем случае не разбавляйте бетон водой при укладке. Жидкий бетон укладывается проще, чем твердый, но, нарушив водоцементное соотношение, Вы тем самым существенно снизите его марку, уменьшите его прочность.

Во-вторых, соблюдайте все необходимые условия перевозки бетона в миксере, время разгрузки, учитывайте погоду.

В-третьих, качественно уплотняйте смесь, оставленные из-за отсутствия вибрировании при укладке пустоты в бетоне, снижают марку бетона.

Масса (плотность)

Обычный бетон, как правило, используется для тротуаров, зданий и других сооружений, имеет вес около 2350 кг /м3. Специальные супертяжелые бетоны, применяемые в противовесах или для радиационной защиты весят до 3200 кг/м3. Удельный вес (плотность) бетона изменяется в зависимости от количества и удельного веса заполнителей, объема воздуха, который попадает в бетон, содержания воды и цемента, которое в свою очередь зависит от таких факторов, как максимальный размер заполнителя и используемых химических добавок. При проектировании железобетонных конструкций, предполагается что сочетание обычного бетона и арматуры имеет вес около 2350 кг/м3.

Морозостойкость бетона

Морозостойкость бетона определяют путём попеременного замораживания в холодильной камере при температуре от 15 до 20°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С бетонных образцов кубов с размерами ребра 10, 15 или 20 см (в зависимости от наибольшей крупности заполнителя). Образцы испытывают после 28 сут выдерживания в камере нормального твердения или через 7 сут после тепловой обработки. Контрольные образцы, предназначенные для испытания на сжатие в эквивалентном возрасте, хранят в камере нормального твердения. Морозостойкость бетона зависит от качества примененных материалов и капиллярной, пористости бетона. Объем капиллярных пор оказывает решающее влияние на водопроницаемость и морозостойкость бетона. Морозостойкость бетона значительно возрастает, когда капиллярная пористость менее 7%.

Виды бетона

По виду вяжущего вещества подразделяют на цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).

По объёмной массе бетоны подразделяют на

• особо тяжёлый с плотностью свыше 2500 кг/м — баритовый, магнетитовый, лимонитовый
• тяжёлый (плотность от 1800 до 2500 кг/м) — гравийный, щебёночный (базальтовый, известняковый, гранитный)
• легкий (плотность от 500 до 1800 кг/м) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый
• особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м)

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей различают бетоны

• тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя)
• жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя),
• товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).