Бетонные смеси — ГОСТы, технические условия, прочность, классификация, процесс перемешивания и твердения

Бетон и производные на его основе востребованы в строительстве, промышленности, энергетике и сельском хозяйстве. Завод ЖБИ выпускает тысячи наименований изделий, качество которых зависит от состава смеси, соблюдения технологии отверждения, функциональных добавок. Из-за широкого ассортимента классификация бетонов стала многоуровневой — по назначению, составу, прочности, типу вяжущего вещества. Маркировка отражает эти характеристики, а также габариты и назначение изделий.

Свойства бетонных смесей

Основа любых бетонных конструкций — смесь вяжущих веществ с наполнителями (щебнем, песком), крепежных элементов и, при необходимости, специальных добавок. Рабочие свойства бетонной смеси рассчитываются согласно техническим условиям и определяют качество, а также свойства получаемого из нее бетона.

Важно: Основными характеристиками ЖБ изделий являются несущая способность, прочность, устойчивость к деформациям, впитываемость влаги.

Эксплуатационные качества железобетонных конструкций зависят в первую очередь от характеристик бетонной смеси, используемой в процессе производства. Они определяются ее составом – помимо цемента и воды, туда также входят различные наполнители. К крупным заполнителям относятся в основном щебень и гравий, к мелким — очищенный песок, пластификаторы.

Технология и характеристики бетонов

Технологии изготовления бетона различны и соответствуют характеру эксплуатации изготовленных из него железобетонных изделий. Основными характеристиками бетона, определяющими области его применения, являются:

• легкость обработки и укладки;
• зернистость;
• наличие и тип добавок, определяющих подвижность смеси;
• влагоудерживающая способность.
  

Бетон по своей сути представляет собой искусственный камень, получаемый в результате отверждения бетонной смеси, состоящей из воды, вяжущего компонента, мелкофракционных заполнителей, а также специальных добавок.

Обрабатываемость

Обрабатываемость смеси напрямую зависит от ее текучести: чем выше этот показатель, тем эффективнее она заполняет пустоты конструкции и тем ниже экономические затраты, время и рабочая сила, необходимые для ее производства. Для достижения заданной пластифицируемости и вязкости к смеси добавляют воду, но процентное соотношение жидкости и сыпучих компонентов не может превышать производственные нормы, определяющие долговечность и надежность бетона. Только бетонные сплавы, которые не подвержены расслаиванию при транспортировке и имеют оптимальные показатели пористости в момент затвердевания, соответствуют стандартам качества.

Обрабатываемость — это технологический показатель, характеризующий способность жидкой бетонной смеси детально заполнять форму изделия и уплотняться за счет собственной массы. Более эффективный метод уплотнения — механическое воздействие (вибрация). Обрабатываемость бетонной смеси оценивается эмпирически в процессе изготовления по подвижности или жесткости.

Взаимосвязь подвижности и жесткости

Подвижность (P) — свойство рабочего состава при изготовлении изделия растекаться под действием силы тяжести и собственной массы.

Жесткость (G) — свойство цементного раствора растекаться чтобы заполнить форму под воздействием вибрации.

Характеристики одной и той же смеси по подвижности и жесткости не совпадают, но являются показателями одного и того же параметра — обрабатываемости.

Зернистость

Зернистость цемента, используемого для приготовления смеси, влияет на ее вязкость и показатели надежности и прочности. Для приготовления цементного теста можно использовать шлакоцемент или обычный портландцемент — в той же пропорции, что и вода, смесь первого типа обладает более высокой текучестью, чем та, которая получается из цемента второго типа.

Подвижность смеси корректируется с помощью поверхностно-активного вещества одного из следующих типов:

• пластификаторы создают тонкую пленку на поверхности зерен, которая уменьшает трение и повышает пластичность и наполняемость цементного шлама;
• гидрофобизаторы способствуют перемешиванию смеси с мельчайшими пузырьками воздуха, которые равномерно распределяются по всей массе и повышают ее показатели пластичности, а также способствуют большей, чем у аналогов, морозостойкости.

Бетонные сплавы с высокой подвижностью (4 см и более) традиционно считаются более технологичными: они делают процесс литья максимально экономичным и функциональным, а также способствуют образованию идеально уплотненного вяжущего или наполнителя в структуре.

Стойкость и прочность

Влагоудерживающая способность смеси определяется максимальным содержанием воды в смеси, при котором она сохраняет все технические и функциональные характеристики (в основном, связующие вещества). В процессе затвердевания бетонной смеси избыток воды постепенно отделяется и испаряется с поверхности, но чем выше ее процентное содержание в смеси, тем дольше будет происходить полное отстаивание и полимеризация структуры.

Важно: Стойкость — способность бетонной смеси не расслаиваться во время транспортировки, разгрузки и укладки.

Прочность бетона — это способность готового изделия выдерживать внешние нагрузки, не растрескавшись, не потеряв монолитности, без разрушения. На неподвижные бетонные конструкции влияют разные силы: сжатие, выталкивание, растяжение, изгиб и т.д. Бетон должен быть устойчив к сжатию, так как деформации изделия недопустимы.

Маркировка бетонов

При маркировке бетонов используют цифры, буквы латинского алфавита и кириллицу. Каждое сочетание знаков обозначает определенные характеристики состава и отражает качества изделий, сделанных из него.

Бетон классифицируется по ряду взаимосвязанных критериев. Различные модификации используются чаще, чем базовый состав. Отличия свойств бетонов обусловлены тем, что водяная смесь компонентов, прежде чем превратиться в единый монолит, включает много различных добавок и наполнителей, а также вяжущие вещества. Варьирование этих компонентов и их процентного содержания от общей массы раствора используется инженерами чтобы оптимизировать качество изделия для решения определенных строительных задач.

Прочность на сжатие, кгс/см2

Для изготовления разных видов ЖБИ используются виды бетона: М50, М75, М100, М150, М200, М250, М350, М400, М450, М550, М600, М700, М800.

Прочность бетона по принятой классификации определяется согласно гарантированному показателю прочности на сжатие, равному 0, 95. В1; В1, 5; В2; В2, 5; В3, 5; В5; В7, 5; В10; В12, 5; В15; В20; В22, 5; В25; В0; В40; В45; В50; В55; В60.

Средняя прочность на сжатие: материал класса В50 и ниже.

Высокая прочность на сжатие: от класса В50 и выше — в качестве наполнителя нельзя использовать смесь песка, гранита, гравия и цемента класса прочности 22, 5.

Таблица соответствия классов бетона и марок по прочности на сжатие

Тип вяжущего вещества

Бетоны делятся на цементные, силикатные (известково-кремнеземистые), гипсовые, специальные, полимерцементные, шлакощелочные. Характеристики процесса отвердения (скорость, температура) и готового изделия различаются в соответствии с использованным вяжущим веществом.

Цементный бетон используется во всех областях строительства. В процессе физико-химического взаимодействия основного элемента (цемента) с водой готовый состав постепенно затвердевает, обретая заданные технические параметры. Время стабилизации параметров цементного бетона составляет 15-28 дней.

В бетонных смесях для строительства расход цемента составляет 8-15% по массе, а заполнителей – 80-85%. Смесь должна соответствовать двум основным требованиям: сохранять во время транспортировки и набора прочности однородность, полученную при изготовлении, а также хорошую обрабатываемость (или удобную формуемость).

Классификация бетона по назначению

Соответствие бетона по этому критерию регламентируется ГОСТ 25192-2012. В разных сферах строительства применяется бетоны:

• конструкционные — для устройства прочных мало- и крупногабаритных несущих элементов и опорных конструкций, обладает высочайшей прочностью и эластичностью, присущими бетону;
• конструкционно-теплоизоляционные — обеспечивают не только прочность, но и высокие теплозащитные свойства конструкции, к ним относя поризованные смеси или бетоны с пористыми наполнителями;
• специальные — отличаются определенными эксплуатационными характеристиками, например, термостойкостью, стойкостью к химическим воздействиям, теплоизоляционными свойствами, радиационной защитой, декоративными характеристиками.

Для производства армированных бетонных изделий используют тяжелый и особо тяжелый бетон.

Классификация бетона по средней плотности

Различают 4 основных группы бетонов по характеристикам плотности:

• особенно легкий — плотность до 500 кг/м3 (средняя плотность ниже D800) — используется для звуко- и теплоизоляции, создания дизайнерских элементов или малых форм, отделочных работ в тех случаях, когда в дизайн-проекте предлагаются легкие конструкции;
• легкий — плотность до 2000 кг/м3 (средняя плотность D800 градусов…D2000 градусов) — назначение аналогично предыдущему классу, нос возможностью выполнения функций основания при определенных условиях;
• высокая плотность до 2500 кг/м3 (средняя плотность не превышает D2000…D2500) — исключительно прочный материал для возведения монолитных и сборных конструкций, отдельных строительных блоков, свай, напольных покрытий;
• особо тяжелый — плотность более 2500 кг/м3 (средняя плотность выше d2500) — этот строительный материал используется в специальных конструкциях, требующих радиационной безопасности, высокой прочности, большого запаса устойчивости при чрезмерных нагрузках.

Качество бетона, указанное на упаковке, указывает на его относительную плотность — отношение средней плотности готового монолита к плотности воды.

Таблица типов бетона по плотности и назначению

Классификация бетонов по условиям отверждения

Бетон застывает и обретает свои прочностные характеристики при определенных условиях. Они напрямую зависят от типа связующего в составе смеси:

• в естественных условиях без теплового воздействия (температура около 20-22 оС);
• в жарких условиях с влажной обработкой при нормальном атмосферном давлении (важность от 95%);
• закаливание в условиях термообработки и повышенной влажности при давлении выше атмосферного( автоклавирование).

После автоклавирования материал полностью готов к использованию, более надежен и долговечен. С влажной обработкой при высокой температуре стойкость 70% достигается через 3 дня. В естественных условиях стандартный срок отверждения — на 7 сутки 70%, полная прочность достигается через 28 дней.

Классификация бетона по структуре

Существует прямая взаимосвязь плотности материала с итоговой прочностью готовой конструкции:

• Плотная структура — средняя прочность такого бетона меньше прочности его несущей способности, но больше прочности цементной матрицы. То есть, если R1-это прочность цементной матрицы, R2-прочность на нагрузку, а Rb — средняя прочность бетона, то бетон плотной структуры можно охарактеризовать следующим выражением: R2 > Rb > R1.
• Пористая структура: в этом случае прочность бетона зависит от его прочности. плотность цементной матрицы превышает среднюю прочность бетона, которая, в свою очередь, превышает плотность заполнения: R2.
• Ячеистая структура-этот тип бетона имеет в своей структуре скопления воздуха, которые не обладают прочностью, что в сочетании с прочностью цементной матрицы дает нам следующее выражение: R1> Rb, R2=0.

Каждый тип бетона эффективно работает при определенных условиях, предварительно рассчитанных при составлении смеси.

Классификация бетона по типу заполнения

Для придания дополнительных свойств и улучшения рабочих характеристик применяются:

• огненные породы, гранит, известняк, базальт;
• пористые природные материалы — пемза, шлак, промышленные отходы, шлаки, керамзит;
• полистиролбетон (теплоизоляционный материал).

Современные технологию позволяют создать жби-изделия с широким выбором рабочих характеристик.