Бетоны и их характеристики
Бетон – это искусственный камень, полученный путем равномерного перемешивания затворенной водой бетонной смеси, состоящей из цемента, щебня и песка подобранных в определенной пропорции до получения однородной смеси и под действием физико-механических процессов (процесс гидратации цементных частик) смесь превращается в искусственный камень (твердеет).
Таким образом, главные компоненты бетона это:
- вяжущее (обычно цемент);
- крупный заполнитель (щебень, гравий);
- мелкий заполнитель (песок);
- добавки;
- вода.
На фото 1 приведена примерное соотношение между компонентами бетона, которое может изменяться в зависимости от назначения и требованиям к бетону.
Классификация бетонов
Бетоны классифицируются по следующим признакам, фото 2:
- По назначению, табл. 1:
- бетоны специального назначения (изготавливаются для особых условий эксплуатации);
- конструкционные бетоны (общего назначения, для производства ограждающих и несущих конструкций).
- По виду вяжущего, табл. 2:
- цемент (цементные бетоны);
- гипс (гипсовые бетоны);
- полимеры (полимерные бетоны);
- силикаты (силикатные бетоны);
- полимер + цемент (полимерцементные бетоны);
- шлакощелочные бетоны.
Таблица 1 — Виды бетонов в зависимости от назначения
Название бетона |
Главные особенности бетона |
Применение |
Конструкционные бетоны |
Преимущества: 1. Достаточно высокие прочностные характеристики бетона. 2. Некоторые виды обладают высокой морозостойкостью. 3. Универсальность использования. Недостатки: 1. Бетон не химически стойкий. 2. Не жаростойкий материал. |
Бетоны общего назначения. Строительство всех ограждающих и несущих конструкций, фундаментов, колон, балок, пролетных строений мостов и т.д. |
Гидротехнические бетоны |
Преимущества:1. Повышенная плотность и прочность. 2. Повышенная водонепроницаемость. 3. Повышенная морозостойкость. 4. Высокая стойкость к постоянному или периодическому воздействию воды. Недостатки: Высокая стоимость. |
Для всех гидротехнических сооружений, облицовка каналов, шлюзов, плотин, канализационных и водопроводных сооружений. |
Дорожные бетоны |
Преимущества: 1. Высокая стойкость к истиранию (износоустойчивость). 2. Высокие прочностные и деформативные характеристики. 3. Высокая марка по морозостойкости. Недостатки: Высокая стоимость. |
Строительство автодорог и взлетно-посадочных площадок для самолетов. |
Бетоны специального назначения |
||
Стеклощелочные бетоны |
В состав бетона вводят жидкое стекло, фосфатное вяжущее с кремнефтористым натрием. Отличается высокой прочностью. |
Для изготовления конструкций эксплуатируемых в агрессивных средах. |
Химически стойкие бетоны (соле-, кислото- и щелочестойкие бетоны) |
В состав вводится смесь силиката натрия и 15% кремнефтористого натрия Na2SiFe6, в качестве крупного заполнителя применяют щебень из бештаунита, андезита или кварцита. Преимущества: 1. Высокая прочность сцепления со стальной арматурой. 2. Высокая стойкость к воздействию кислот (серной, азотной, соляной). Недостатки: 1. Не стойкий бетон к воздействия плавиковой кислоты. 2. Медленный набор прочности. 3. Бетон разрушается при длительном действии воды и слабых кислот. |
Для изготовления конструкций в химической промышленности, облицовка специфической аппаратуры. |
Жаростойкие бетоны |
Данный бетон способный при длительном воздействии высоких температур сохранять свои основные свойства. Могут использоваться различные вяжущие: портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый цемент, жидкое стекло. В качестве добавок или заполнителя применяют тонкомолотые хромитовые руды, шамотный бой, измельченный магнезитовый кирпич, андезит, гранулированный доменный шлак. Преимущества: 1. Высокая стойкость к длительному воздействию высоких температур (в среднем до 1200°С, но на основании портландцемента выдерживает односторонний нагрев до 1700°С). 2. Достаточная прочность на сжатие: — на основании портландцемента и глинозема – прочность более В20; — на основании жидкого стекла – прочность более В12,5. Недостатки: 1. На основании портландцемента жаростойкие бетоны не применяются в среде воздействия кислых веществ. 2. На основании жидкого стекла жаростойкие бетоны не применяются в среде воздействия воды. |
В промышленности, где различные конструкции и агрегаты могут подвергаться воздействию высоких температур. |
Декоративные бетоны |
Введение в бетонную смесь щелочестойких и УФ-стойких пигментов (8…10% от массы цемента). Пигментами могут выступать охра, мумия, сурик. Получить декоративные бетоны можно применяя цветные цементы. |
Декорирование зданий и сооружений. |
Радиационно-защитные бетоны |
В состав бетона в качестве заполнителя вводят материалы с высокой плотностью: барит, магнетит, лимонит, металлический скрап и стружка. |
АЭС, установки, которые излучают радиационные волны |
Высокопрочный бетон (прочность 60…100 МПа) |
Изготавливается на основе цементов высоких марок и заполнителей высокого качества, В/Ц = 0,30…0,35, наличие суперпластификаторов. Преимущества: 1. Высокая прочность. 2. Высокая скорость набора прочности. 3. Высокая марка по морозостойкости. |
Изготовления ответственных конструкций, которые воспринимают высокие нагрузки |
Теплоизоляционные бетоны. К ним входят легкие и ячеистые бетоны (плотность в пределах 200…2000 кг/м3) |
Преимущества: 1. Относительно легкий материал. 2. Низкая теплопроводность. 3.Имеют высокие теплоизоляционные свойства по сравнению с обычным бетоном. Недостатки: 1. Относительно низкая прочность и морозостойкость. |
Применяется для изготовления ограждающих конструкций и внутренних стен и простенков |
Газобетон (разновидность ячеистого бетона) |
В основном изготавливается на основе портландцемента. Для процесса газообразования необходимо внести портландцемент + кремнезем + газообразователь (самый распространенный – алюминиевая пудра). Преимущества: 1. Низкая плотность. 2. Низкая теплопроводность. 3.Имеют высокие теплоизоляционные свойства по сравнению с обычным бетоном. Недостатки: 1. Относительно низкая прочность и морозостойкость. |
|
Пенобетон (разновидность ячеистого бетона) |
В основном изготавливается на основе портландцемента или цементно-известкового вяжущего. Получают путем смешивания устойчивой пены и цемента. Для пенообразования используют алюмо-сульфонафтенил и гидролизованная боенская кровь (ГК). Преимущества: 1. Низкая плотность. 2. Низкая теплопроводность. 3. Имеют высокие теплоизоляционные свойства по сравнению с обычным бетоном. Недостатки: 1. Относительно низкая прочность и морозостойкость. |
Таблица 2 — Виды бетонов в зависимости от вяжущего
Название бетона (вяжущее) |
Главные особенности бетона |
Применение |
Гипсовый бетон (гипс) |
Преимущества: 1. Экологический материал. 2. Широко распространённый материал. Недостатки: 1. Низкая прочность. 2. Низкая атмосферостойкость (водостойкость) |
Малоэтажное строительство, внутренние перегородки в зданиях. |
Цементный бетон (портландцемент и его разновидности) |
Преимущества: 1. Достаточно высокие прочностные характеристики бетона. 2. Некоторые виды обладают высокой морозостойкостью. 3. Универсальность использования. Недостатки: 1. Бетон не химически стойкий. 2. Не жаростойкий материал. |
Имеет самое большое распространение в промышленном и гражданском строительстве при изготовлении различных строительных элементов. |
Силикатный бетон (на основе известкового вяжущего) |
Преимущества: 1. Водостойкий материал. 2. Стойкий к агрессивному воздействию. Недостатки: 1. Только тепловлажностная обработка и автоклавное твердение. |
Изготовление стеновых панелей и блоков, плит перекрытия, колон. |
Бетоны с шлаковым вяжущим (шлакощелочные бетоны) |
Изготавливается на основании молотых шлаков и зол с активаторами твердения. Недостатки:1. Не допускается для производства железобетонных конструкций. |
Применяется для производства бетонных конструкций. |
Полимербетоны |
Изготавливается на основании полимерных смол, таких как эпоксидная, полиэфирная, фурановая. Преимущества: 1. Высокая стойкость к агрессивным средам. |
Для изготовления конструкций в цехах и других зданиях химической и легкой промышленности, изготовления емкостей для хранения кислот, разных веществ и жидкостей. |
Полимерцементные бетоны (портландцемент М400, М500 + полимерное вещество) |
Изготавливается на основании полимерных и водорастворимых добавок в виде порошков или жидкостей. Преимущества: 1. Высокая стойкость к агрессивным средам. 2. Высокая стойкость к кавитации. 3. Стойкость к истиранию. 4. Высокие прочностные характеристики (ударопрочность, водонепроницаемость, прочность на изгиб и растяжение). 5. Высокая морозостойкость. 6. Химическая стоимость. 7. Высокая водонепроницаемость. Недостатки: 1. Высокое значение ползучести. 2. Большая усадка. |
Применяется для изготовления несущих конструкций. Изготовление теплоизоляционных, ограждающих, или декоративно-отделочных изделий. |
- По плотности (в зависимости от плотности применяемого крупного заполнителя):
- особо тяжелые бетоны (используют для приготовления бетона: стальные опилки или зерна, железные руды, гематит, барит, магнетит);
- тяжелые бетоны (используют для приготовления бетона: щебень и гравий из плотных горных пород, таких как гранит, известняк, диабаз);
- легкие бетоны (используют для приготовления бетона: шлак, пемза, туф);
- особо легкие бетоны (используют для приготовления бетона: пенобетон, газобетон).
- По виду заполнителя. В зависимости от вида крупного заполнителя бетоны разделяются на:
- бетоны с плотными заполнителями (плотные горные породы);
- бетоны с пористыми заполнителями (пористые горные породы или искусственные строительные материалы (керамзит);
- бетоны со специальными наполнителями, для создания бетонов со специфическими определенными свойствами (применяют чугунный скрап, шамот).
- В зависимости от пористости структуры бетоны разделяются на:
- плотные (пустотность не более 6%);
- крупнопористые бетоны (без мелкого заполнителя или применения их в очень малом количестве);
- поризованные бетоны (поры заняты газом, вследствие введения в состав бетона газо- или пенообразующих добавок, в составе есть крупный и мелкий заполнитель);
- ячеистые бетоны (без крупного заполнителя, высокая пористость до 80…90%, поры размером 2…3 мм, поры образуются вследствие введения газо- или пенообразующих добавок).
- В зависимости от прочности на сжатие бетоны разделяются на марки и классы.
Каждые разновидности бетонов имеет свои подвиды, так это мы можем проследить на примере легких бетонов, фото 3.
Основным показателем качества бетона является марка или класс бетона.
Марка бетона – это средняя предельная прочность на сжатие бетонных образцов кубической формы 150×150×150 мм в возрасте 28 суток с момента затворения бетонной смеси водой, выраженная в кгс/см2, табл. 3.
Класс бетона – это прочность бетонных образцов кубической формы 150×150×150 мм в возрасте 28 суток с момента затворения бетонной смеси водой с гарантированной вероятностью 95%, выраженной в МПа.
Марка бетона может находиться в пределах М50…М1000, а класс бетона – В3,5…В80.
В разных странах класс бетона по прочности на сжатие обозначается по разному, может быть большая буква «С» или «В». В табл. 3 и табл. 4 приведены возможные классы и марки бетона, взаимосвязь между ними. В табл. 5 и табл. 6 приведены возможные марки портландцемента и рекомендуемые марки цемента для изготовления нужной прочности бетона.
Таблица 3 — Возможные марки и классы бетона по прочности, взаимосвязь между ними
М50 |
М100 |
М150 |
М200 |
М250 |
М300 |
|
В3,5 |
В5 |
В7,5 |
В10 |
В12,5 |
В15 |
В20 |
М400 |
М450 |
М500 |
М600 |
М700 |
М800 |
|
В25 |
В35 |
В40 |
В45 |
В50 |
В55 |
В60 |
Таблица 4 — Возможные марки и классы тяжелого бетона по прочности на сжатие
Класс прочности бетона на сжатие |
Прочность, определенная на образцах-цилиндрах, МПа |
Прочность, определенная на образцах-кубах, МПа |
С8/10 |
8 |
10 |
С 12/15 |
12 |
15 |
С 16/20 |
16 |
20 |
С 20/25 |
20 |
25 |
С 25/30 |
25 |
30 |
С 30/35 |
30 |
35 |
С 32/40 |
32 |
40 |
С 35/45 |
35 |
45 |
С 40/50 |
40 |
50 |
С 45/55 |
45 |
55 |
С 50/60 |
50 |
60 |
С 55/67 |
55 |
67 |
С 60/75 |
60 |
75 |
С 70/85 |
70 |
85 |
С 80/95 |
80 |
95 |
С 90/1 05 |
90 |
105 |
С 100/115 |
100 |
115 |
Таблица 5 – Марки портландцемента
Марка портландцемента |
Прочность на: |
|
изгиб, МПа |
сжатие, МПа |
|
400 |
5,5 |
40 |
500 |
6,0 |
50 |
550 |
6,2 |
55 |
600 |
6,5 |
60 |
Таблица 6 – Рекомендуемые марки цемента
Прочность бетона, кгс/см2 |
100 |
150 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
Марка цемента |
300 |
300 |
400 |
400 |
500 |
550-600 |
600 |
Виды наполнителей для бетонов
В состав бетона вводят крупный и мелкий заполнитель.
Крупный и мелкий заполнитель вводят в состав бетона из следующих соображений:
- экономия вяжущего вещества;
- создание прочного структурного каркаса (скелета), снижающего величину усадочных процессов во время схватывания и твердения и ползучести во время эксплуатации бетонной конструкции.
- увеличение прочностных характеристик бетона.
Все заполнители, которые используются для приготовления бетона разделяются на:
- природные (дробленные и просеянные высокой прочности горные породы);
- искусственные (производятся специально на заводах, например, это керамзит, термолит);
- отходы промышленной отрасли (шлаки).
Мелкий заполнитель предназначенный для заполнения пустот между зернами крупного заполнителя. К мелкому заполнителю бетона относят:
- кварцевый песок;
- известняковый песок;
- доломитовые песок.
В зависимости от месторождения песок бывает:
- морской;
- речной;
- овражный (горный).
В зависимости от размера частиц песка для приготовления бетонной смеси используют следующие группы песка, табл. 7.
Таблица 7 — Определение группы песка за крупностью в зависимости от модуля крупности и полному остатку на сите № 063
Группа песка |
Полный остаток на сите № 063, по массе |
Модуль крупности Мк |
Повышенной крупности |
65…75 |
3…3,5 |
Большой |
45…65 |
2,5…3 |
Средний |
30…45 |
2…2,5 |
Мелкий |
10…30 |
1,5…2 |
Очень мелкий |
менее 10 |
1…1,5 |
Для бетона рекомендуется применять песок с модулем крупности Мк=2…3 (пески большие и средние).
В зависимости от происхождения пески бывают:
- природные;
- искусственные (путем дробления горных пород).
Требования к песку:
- не допускается наличие частиц крупнее 1 мм;
- не допускаются наличие частиц размером менее 0,14 мм в количестве более 10% (по массе);
- наличие частиц крупнее 0,16 мм – не более 10%;
- не допускается содержание пылеватых, илистых, глинистых и органических примесей более 3% в природном песке и более 5% – в искусственных песках.
Самим распространенным крупным заполнителем бетона является, табл. 8, фото 4:
- щебень, фракции 5…10 мм, 10…20 мм, 20…40 мм и 40…70 мм (максимальный производимый размер зерен щебня составляет 120 мм);
- гравий, фракция 5…70 мм;
- известняк.
Требования к крупному заполнителю:
- качество заполнителя, т.е. отсутствие пылеватых, глинистых и органических частиц;
- наличие пылевидных и глинистых частиц в щебне из изверженных и метаморфических пород не более 1% по массе;
- наличие пылевидных и глинистых частиц в гравии и в щебне из гравия не более 2…3% по массе;
- наличие глинистых частиц не более 0,25% по массе;
- прочность заполнителя должна быть больше в 2 раза прочности цементного камня;
- оптимальная форма крупного заполнителя это малоокатанная (шереховатая) кубическая или тетраэдральную форма зерен щебня;
- для строительства применяют заполнитель, с классом по морозостойкости не ниже F300;
- предельно допустимый размер зерен заполнителя (щебня, гравия) не должен превышать ¼ минимального размера сечения конструкции или превышать шаг расположения арматуры;
- марка по прочности щебня, полученного из природного камня должна быть не ниже:
- М300 – для бетона класса С15 и ниже;
- М400 – для бетона класса С20 и ниже;
- М600 – для бетона класса С22,5 и ниже;
- М800 – для бетона классов С25; С27,5; С30 и ниже;
- М1000 – для бетона класса С40 и ниже;
- М1200 – для бетона класса С45 и выше.
Таблица 8 — Основные виды крупного заполнителя для бетона
Название крупного заполнителя |
Особенности |
Назначение |
Щебень (гранит) |
1. Прочность до М1400. 2. Низкое водопоглощение материала. 3. Высокая марка по морозостойкости. 4. Высокая степень сцепления с цементным камнем. |
Для изготовления тяжелых бетонов высокой прочности. Строительство автодорог и других ответственных сооружений. |
Гравий |
1. Прочность М800…М1000. 2. Низкий радиационный фон (относительно гранита). |
Для изготовления бетона марок М100…М400. |
Известняк |
1. Прочность М500…М600 (М800). 2. Низкая морозостойкость. |
Для изготовления бетона марок М100…М350. |
Не рекомендуется применять следующие крупные заполнители, так как в противном случае резко снизиться прочность бетона и его долговечность:
- присутствие окатанной формы щебня более 15% по массе;
- присутствие пластинчатой формы щебня более 25% по массе;
- присутствие иглообразной формы зерен щебня более 35% по массе.
Следует помнить, что лучшим выбором для приготовления тяжелого бетона в качестве крупного заполнителя является гранитный щебень, так как он имеет лучшее сцепление с цементным камнем и высокую прочность, морозостойкость.
Как выше уже отмечалось, бывают и множество других видов крупных заполнителей, которые применяются для предания особых свойств бетону, фото 5:
- пемза – природный заполнитель, состоит из вулканического стекла с пористой структурой. Применяется для теплоизоляционных и легких бетонов;
- вулканический шлак и туф – природный заполнитель с пористой структурой;
- керамзит и шунгизит, вспученный трепел – искусственный заполнитель, применяется для теплоизоляционных и легких бетонов.
- гранулированный шлак – производится путем быстрого охлаждения расплавов шлаков.
Для предания теплоизоляционных свойств бетону применяют полистирольную крошку и древесные опилки. Данные заполнители позволяют снизить вес, повысить теплоизоляционные свойства. Применяется для возведения стен и устройства полов.
Вода для бетона
Для приготовления бетона допускается применять следующую воду:
- Питьевая вода;
- Техническая вода, которая не содержит вредных веществ для твердения и эксплуатации бетона, а именно:
- кислоты;
- сульфаты (в перерасчете на ионы SO4 более 2700 мг/л);
- жиры и растительные масла;
- сахар;
- различные соли (более 5000 мг/л).
- Морская вода с содержанием минеральных солей не более 2%.
Не допускается применять следующие разновидности воды:
- болотные воды;
- сточные воды;
- вода с водородным показателем ниже рН4.
В табл. 9 приведены ориентировочные значения расхода воды на 1 м3 бетонной смеси в зависимости от заполнителя и подвижности бетонной смеси.
Таблица 9 — Ориентировочные значения расхода воды на 1 м3 бетонной смеси в зависимости от заполнителя
Показатель |
Жесткость, с |
Осадка конуса, см |
Затрата воды, (л/м3) при крупности, |
|||||||||
гравия |
щебня |
|||||||||||
10 |
20 |
40 |
70 |
10 |
20 |
40 |
70 |
|||||
V0 |
≥31 |
— |
150 |
135 |
125 |
120 |
160 |
150 |
135 |
130 |
||
V1 |
30…21 |
— |
160 |
145 |
130 |
125 |
170 |
160 |
145 |
140 |
||
V2 |
20…11 |
— |
165 |
150 |
135 |
130 |
175 |
165 |
150 |
155 |
||
V3 |
10…6 |
— |
175 |
160 |
145 |
140 |
185 |
175 |
160 |
155 |
||
S1(V4) |
5…3 |
<4 |
190 |
175 |
160 |
155 |
200 |
190 |
175 |
170 |
||
S2 |
— |
5…9 |
200 |
185 |
170 |
165 |
210 |
200 |
185 |
180 |
||
S3 |
— |
10…15 |
215 |
205 |
190 |
180 |
225 |
215 |
200 |
190 |
||
S4 |
— |
16…21 |
225 |
220 |
205 |
195 |
235 |
230 |
215 |
205 |
||
Виды добавок в бетон
Для изготовления бетона применяют следующего рода добавки:
- неорганические добавки;
- органические добавки.
Добавки позволяю регулировать процессы твердения бетона, изменять его свойства (подробнее о добавках в бетон здесь).
Все добавки, вводимые в бетон, разделяются на определенные группы, которые приведены в табл. 10.
Таблица 10 — Добавки для бетона
Название группы добавок |
Свойства |
1. Добавки, регулирующие реологические свойства бетонных смесей. |
— увеличивают пластичность бетонной смеси; — увеличивают подвижность бетонных смесей; — предупреждающие расслоение бетонной смеси; -увеличиваю водоудерживающую способность бетонной смеси. |
2. Добавки, регулирующие сроки схватывания и твердение бетонных смесей. |
— замедляют схватывание; — ускорители схватывания (более чем на 25% при температуре +20 ± 2°С, повышают прочность бетона более 20% в возрасте 1 суток нормального твердения). Например, хлорид кальция, сульфат натрия, нитрит-нитрат-хлорид кальция; — замедлители схватывания (более чем в 2 раза при температуре +20 ± 2°С, снижают прочность бетона на 30% и более в возрасте 7 суток). Например, сахарная патока, СДБ, ГКЖ-10, ГКЖ-94; — противоморозные добавки. Например, поташ, хлорид натрия, хлорид кальция. |
3. Добавки, увеличивающие пористость бетона. |
— воздухововлекающие добавки; — газообразующие добавки; — пенообразующие добавки. |
4. Добавки, уменьшающие пористость бетона. |
— добавки-уплотнители (воздухоудаляющие); — добавки-уплотнители (кольматирующие поры бетона) |
5. Добавки, придающие особые свойства бетону. |
— гидро-фобизующие добавки (уменьшают смачивание бетона, снижают водопоглощение бетона в 2…5 раз); — повышающие противорадиационную стойкость бетона; — повышающие жаростойкость; — повышающие стойкость в агрессивных средах; — добавки, повышающие бактерицидные свойства бетона. |
5. Добавки многофункциональные (улучшающие сразу несколько параметров бетона). |
— одновременно пластифицируют и вовлекают воздух в бетонную смесь; — пластифицируют бетонную смесь и повышают прочность бетона; — пластифицируют бетонную смесь и вызывают процесс газообразования. |
При добавлении суперпластификаторов в состав бетонной смеси увеличивается ее подвижность и снижают водопотребность на 20…25%. К таким суперпластификаторам можно отнести С-3, 10-03, 40-03 и др. Обычно добавки вводятся в бетон в небольшом количестве, которое составляет всего лишь 0,2…3% от массы цемента.
Бетон маркируется по следующим параметрам:
- Марка бетона – «М». Например, М200, М400. Показывает предел прочности бетона на сжатие (кг/см2).
- Класс бетона – «В» или «С». Например, В40 или С35. Показывает прочность бетона на сжатие (МПа).
- Подвижность бетонной смеси – «П» — определяется по осадке конуса. Например, П3, П4.
- Класс бетона по водонепроницаемости – «W». Например, W8, W6. Показывает значение давления, при котором вода не проникает сквозь бетон (при этом давлении бетон не пропускает воду).
- Класс бетона по морозостойкости – «F». Например, F400, F500. Цифры показывают количество циклов заморозки и оттаивания бетонных образцов, при которых не снижаются прочностные характеристики бетона.
Автор публикации – эксперт GIDproekt
Конев Александр Анатольевич
Если у вас нет времени почитать наши публикации прямо сейчас, подпишитесь на обновления, и мы будем высылать извещения о новых заметках вам на почту
Свежие комментарии