Бетон. Состав, классификация

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Липецкий государственный технический университет»

 

 

Кафедра строительных материалов

 

 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСТКАЯ РАБОТА

по дисциплине «Технология конструкционных материалов»

на тему:

«Бетон. Состав, классификация.»

 

 

 

Выполнил:      студентка гр.

                                                                                     

 

Проверил: канд. техн. наук, ассистент

 

 

Липецк 2013

                                                              Содержание

• Состав бетона Основные компоненты и пропорции. Из чего состоит бетонная смесь.
• Прочность бетона Классы и марки прочности. Пробы, кубики, контроль.
• Подвижность бетона Удобоукладываемость, осадка конуса, литой бетон.
• Морозостойкость бетона Коэффициент морозостойкости F.
• Водонепроницаемость бетона Коэффициент водонепроницаемости W.
• Твердение, застывание бетона Сроки схватывания, зимнее бетонирование.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав бетона.

Готовая бетонная смесь, она же товарный бетон - подвижный состав из четырёх основных компонентов, замешиваемых в определенной пропорции: цемент, щебень, песок, вода. Аналогичная смесь, но без использования щебня, называется цементным раствором либо пескобетоном, правда в пескобетоне применяется песок более крупной фракции (модуль крупности). Весовое соотношение компонентов для приготовления бетонной смеси примерно таково: Цемент -1 часть, Щебень 4 части, Песок - 2 части, Вода - 1/2 части. Например: цемент - 330 кг., щебень - 1250 кг., песок - 600 кг., вода - 180 литров. Естественно, эти цифры весьма приблизительны и на деле зависят от многих факторов таких как: требуемая марка бетона, марка цемента, характеристики щебня и песка, использования пластификаторов других добавок, и т.д. и т.п. 
Например: при использовании цемента м-400, бетон с таким составом покажет марку м-250. При цементе м-500, марка бетона будет уже м-350. Цифры условны! При производстве бетона на бетонном заводе, учитывается не один десяток параметров и характеристик.

Цемент и вода - главные компоненты бетона. Собственно на них возложена основная функция - связать все компоненты в единую монолитную структуру. Соблюдение правильной пропорции этих двух компонентов (водоцементное отношение) - главнейшая задача в производстве бетона. Речь ведь не только о количестве воды и цемента, введённых в бетон. С этим, как раз, всё просто. Важно учесть все нюансы: влажность щебня и песка, их влагопоглощение и т.д. и т.п. Цемент, взаимодействуя с водой (гидратация цемента), способен схватываться и твердеть, образуя так называемый цементный камень. Многие наверно сталкивались с этим самым камнем, когда откупоривали мешок цемента, оставшийся лежать в сарае с прошлого лета :-) Ну и что же получается. Цемент и вода - сами себе камень. Как-будто - вполне самодостаточный материал. А вот и нет. Цементный камень при затвердевании деформируется. Объемная усадка достигает 2 мм/м. Вроде и не много, но из-за неравномерности этих усадочных процессов, возникают внутренние напряжения, появляются микротрещины. Эти микротрещины практически не видны, но прочность и долговечность цементного камня снижается. Для того, чтобы уменьшить эти деформации, в состав вводят заполнители:

• Крупные заполнители: щебень
• Мелкие заполнители: песок

Роль этих заполнителей - создать структурный каркас, который воспринимает усадочные напряжения, и в результате - готовый бетон даёт меньшую усадку. Также увеличивается прочность и модуль упругости бетона (снижение деформаций конструкции под нагрузкой), уменьшает ползучесть (когда бетон необратимо деформируется при длительных нагрузках). Заполнители существенно удешевляют бетон. Ведь цемент стоит значительно дороже чем щебень и песок.

В начале статьи Вы читали о примерных пропорциях основных компонентов бетонной смеси. Давайте теперь переведём весовые доли в объемные и посчитаем:

• Цемент 0.25 куб.м (330 кг. Насыпная плотность цемента в среднем 1300 кг на куб.м)
• Вода 0.18 куб.м. (180 литров. Литры, они и в Африке литры)
• Щебень 0.9 куба (1250 кг. При насыпной плотности 1350 кг на куб.м.)
• Песок 0.43 куба (600 кг. При насыпной плотности 1400 кг/куб.)

Итого, если всё разложить и разлить по разным посудинам, мы получим общий объем 1.76 кубометра! Как же это всё помещается в один куб бетона. Просто. Берём литровую банку и засыпем её щебёнкой по горлышко. Между отдельными зернами будет много свободного места (межзерновая пустотность). И вот эту саму пустотность мы засыпаем двумя стаканами песка, одним стаканом цемента, и стаканом воды, при этом, потряхивая и помешивая. И всё влезет! В результате подобных манипуляций мы получаем совершенно плотную субстанцию. Все поры заполнены, все заполнители упёрлись друг в друга. Если бетон не шевелить и не трогать, он довольно быстро начинает твердеть (застывать). При вибрировании, перемешивании, бетон снова переходит в пластичное состояние. (тиксотропия). Как Вы только от него отстанете - он снова начнёт превращаться в плотную упругую массу.

Пожалуй, ещё несколько строк о крупном заполнителе (щебне).

Прочность (марка) щебня должна быть примерно в 2 раза больше, нежели расчётная марка бетона. Делается это из-за того, что проектная (28 суточная) марка бетона - всегда значительно ниже, чем его реальная прочность, которую он наберёт через полгода или год. Прочность же щебня - не растёт со временем. Вот их и нивелируют. В любом случае, всё это делается в виде не нормируемого проектными требованиями запаса прочности. Как говорится - на всякий пожарный. Вот выкладка из ГОСТ 26633-91, про соотношение марки щебня и марки бетона.

Совсем кратко об основных видах щебня.

• Известняк. Средняя прочность (марка) 500-600. Отдельные виды известняковых наполнителей (до 800) вполне пригодны чтобы изготовить бетон вплоть до марки М-350, но в виду более низкой морозостойкости, известняк как правило используют для производства бетонов марок м-100 - м-300.
• Гравий. Прочность основных видов гравия (800-1000) достаточна для изготовления марки бетона вплоть до М-450. (обычно, не выше м-400) Самый распространённый вид наполнителя. Обладает всеми хорошими качествами, необходимыми для получения большинства бетонных смесей. Для индивидуального строительства я выбрал бы его. Бетон на гравии - дешевле. Для тех марок бетона, которые используют в частном строительстве - прочность более чем достаточна. Да и радиационный фон меньше чем у гранита.
• Гранит. Наиболее прочный из перечисленных наполнителей. Из дополнительных преимуществ перед предыдущими имеет более высокие показатели (м до 1400), низкое водопоглощение и в следствие этого - повышенную морозостойкость. Например, при строительстве дорог, современными ГОСТ-ами разрешено использовать только гранитный щебень.

Конечно, не всё так просто со щебнем. Есть ещё много нюансов, вносящих свои коррективы: лещадность, % зерен слабых пород и т.д. и т.п. Но об этом, как-нибудь в следующий раз.

Во всех информационных материалах, прайс-листах и т.д. бетон указывается с цифровым и буквенным индексом. Обязательно указываются марка М-, класс В-, подвижность П-, водонепроницаемость W-, морозостойкость F-. Давайте вкратце расскажу про каждый из этих параметров.

Прочность, марка, класс бетона. Методы определения. Контрольные пробы.

Выбор и покупка конкретного вида и марки (класса) бетонной смеси определяется Вашим проектом. Если проекта нет, то можно доверится рекомендациям Ваших строителей. Они могут посоветовать бетон той или иной марки или класса. Если у Вас есть некоторые сомнения в компетентности Ваших строителей, можно попытаться разобраться самостоятельно.

Цифры марки бетона (м-100, м-200 и т.д) обозначают (усреднённо) предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. Проверку соответствия необходимым параметрам осуществляют сжатиемспециальным прессом кубиков или цилиндров, отлитых из пробы смеси, и выдержанных в течение 28 суток нормального твердения.

В современных проектах бетон обозначается в классах. В общем и целом, класс бетона - параметр сродни марке, но с небольшими нюансами: в марках используется среднее значение прочности, в классах - прочность с гарантированной обеспеченностью с коэффициентом вариации 13%. Впрочем, для Вас это не имеет какого-либо значения. Не буду Вам морочить голову с коэффициентами вариации прочности, и прочими техническими нюансами. В проектной документации, если она у Вас конечно имеется, должно быть указано: бетон какого класса должен использоваться. В соответствии со СТ СЭВ 1406, все современные проектные требования к бетону указываются именно в классах. Уж не знаю - насколько это соблюдается, потому как 90% строительных организаций почему-то заказывают бетон в марках :-).

Для Вас главное - чтобы привезённый Вам бетон соответствовал той марке, которую Вы собственно заказывали. Проверить конечно можно, но не сразу. Что стоит сделать.

При разгрузке бетона, взять пробу и отлить пару-тройку кубиков размером 10х10х10 см. или 15х15х15 см. Для этого можно сколотить из дощечек специальные формы нужного размера. Перед тем как залить бетон в формы, ящички желательно увлажнить, дабы сухое дерево не забрало много влаги из бетона, тем самым отрицательно воздействуя на процесс гидратации цемента. Залитую смесь необходимо проштыковать куском арматуры или чем-то подобным: потыкать в смесь, как толкут картошку пюре, чтобы в залитой пробе не образовались незаполненные места (раковины), вышел лишний воздух, и смесь уплотнилась. Так же можно уплотнить смесь ударами молотка по бокам ящичков. Отлитые кубики храните при средней температуре (около 20 градусов) и высокой влажности (около 90%).

Через 28 дней Вы можете с чистой совестью принести всё это великолепие в любую независимую лабораторию. Вам там всё это подавят и вынесут вердикт - соответствует ли бетон заявленной марке или не соответствует. Впрочем, не обязательно ждать 28 дней, для этого существуют промежуточные стадии твердения в возрасте 3, 7, 14 суток. В течение первых 7 дней бетон набирает около 70% расчётной прочности (естественно при условии нормальной температуры) В сырое и холодное время года сроки схватывания бетона и период его твердения существенно увеличиваются.

Какие нюансы могут возникнуть при заборе и хранению проб-кубиков:

• Не разбавляйте бетон водой в автобетоносмесителе.
• Берите пробы непосредственно с лотка бетоносмесителя.
• Тщательно уплотняйте бетонную смесь в формах штыкованием (картошка-пюре)
• Храните пробы в надлежащих условиях: не на солнце и не на печке :-)) Лучше в прохладном подвале, или просто в тени.

Вот и всё про кубики. Если Вы вдруг забыли взять пробы, а знать, что у Вас всё в порядке хотелось бы, - обратитесь в независимую лабораторию, которая может провести замер прочности на месте. Для этого существуют так называемые неразрушающие методы исследования прочности: проверка методами ударного импульса прибором склерометром. В народе называется - простучать бетон. Так же используются ультразвуковые и иные методы определения прочности.

Переходим к другим важным параметрам бетона. А именно:

Удобоукладываемость, подвижность, осадка конуса.

Все эти термины, в общем, говорят об одном и том же. Обозначение в накладных и паспортах бетонной смеси в виде буквы П с коэффициентом от 1 до 5 ( пример: П-3) либо так: осадка конуса 10-15 см. Для практического применения важно знать следующее:  
Для стандартных монолитных работ применяется бетон подвижности П-2 - П-3. При заливке густоармированных конструкций, узких опалубок, колонн и прочих подобных узких полостей, труднодоступных для заполнения бетоном, желательно использовать бетон с подвижностью п-4 и выше (осадка конуса 16-21 см). Подобная бетонная смесь может называться - литой бетон. (в эпоху развитого социализма литым считался бетон с осадкой конуса от 12 см.- чуть больше чем п-2) Подобные виды бетонной смеси хорошо переносят укладку в опалубку, без использования вибратора. Аналогичную подвижность бетона стоит выбрать, если для укладки бетонной смеси используется бетононасос

Есть ещё такое понятие как - жесткость бетона. Обозначается буквами Ж1-Ж4. В основном, когда говорят о жестком, имеют в виду тощий бетон, используемый, в основном, в дорожном строительстве. Он отличается пониженным содержанием воды и цемента. Про сверхжесткие виды я писать не буду. Вряд ли Вам это понадобится.

Для облегчения заливки и при отсутствии на объекте вибраторов, прорабы и строители зачастую увеличивают подвижность, разбавляя бетон в бетоносмесителе водой, что делать категорически не стоит! Ибо, водоцементное отношение - одна из ключевых пропорций, от которой напрямую зависит окончательная прочность бетона. Причём, даже незначительное разбавление смеси водой способно существенно снизить прочность на одну-две марки. Бетон расчётной марки м300, в результате разбавления водой, может легко показать м100 м200.

Увеличение подвижности бетонной смеси до показателей П4, П5, осадка конуса более 16 см. достигается исключительно за счёт применения на заводе добавок пластификаторов. Только так можно получить литой бетон, предназначенный для укладки в опалубку с плотным каркасом изарматуры, либо при монолитных работах с применением бетононасоса. Разбавив бетонную смесь водой, Вы непременно ухудшите его качество.