Состав бетона

Бетон – многокомпонентный материал, содержащий крупные и мелкие заполнители, цемент, дополнительные вяжущие материалы, воду и примеси. Примеси обычно представляют собой органические материалы, добавляемые в смесь в очень малых количествах для изменения одного или нескольких ее характерных свойств (вязкости, прочности, тепловыделения, плотности).

Ингредиенты бетонной смеси

В состав бетонной смеси входят четыре основных ингредиента:

• Вяжущие материалы, такие как цемент или известь
• Заполнители или инертные материалы:
  1. Мелкий заполнитель (песок)
  2. Крупный заполнитель (каменная крошка, кирпичная крошка)
• Вода
• Добавки (например, пуццолан)

Цемент

Вяжущий материал — основной элемент бетонной смеси. Наиболее часто используется цемент. Он служит связующим компонентом, который скрепляет все остальные элементы. А также позволяет готовой смеси затвердеть после нанесения. В зависимости от желаемых эксплуатационных характеристик смеси, используют различных типов цемента:

• ЦЕМ I используется для большинства домашних работ
• ЦЕМ II используется в умеренно сульфатных условиях.
• ЦЕМ III используется в климате, где существует опасность замерзания.
• ЦЕМ IV используется для специальных заказов, например, для размещения на промышленных предприятиях.
• ЦЕМ V используется в экстремальных сульфатных условиях.

Воздух и вода

Вода необходима, чтобы с химические вещества вступили в реакцию с цементом, процесс называется гидратацией, так же она обеспечивает удобоукладываемость раствора. Соотношение количество воды по сравнению с цементом называется количественным соотношением вода / цемент. Чем оно ниже, тем прочнее раствор. Более высокая прочность дает меньшую проницаемость. Прочность бетона важный фактор и при выборе завода производителя обязательно уточняйте этот вопрос. Для получения качественного бетона мы рекомендуем бетонный завод 108 https://beton108.ru/

Чтобы смесь была эффективной, в бетоне необходимо присутствие воздуха. Раствор с воздухововлекающими добавками гарантирует, что избыток воды может расшириться при прохождении цикла замораживания-оттаивания. Однако, эти пузырьки должны быть микроскопически маленькими, иначе «увлеченный» воздух превратится в «захваченный» воздух, что приведет к усадке и растрескиванию.

Среди всех других важных ингредиентов, участвующих в создании смеси, наибольшее влияние оказывает вода. Как правило, чем больше воды в смеси, тем меньше прочность бетона. Усадка и растрескивание возникают при использовании слишком большого количества воды. Идеальное соотношение воды к цементу должно варьироваться от 0,4 до 0,6. Чем выше коэффициент, тем слабее бетон. Хороший способ проверить водонасыщение смеси — выполнить тест на оседание.

Гравий и песок

Гравийно-песчаные заполнители составляют около 70% смеси. Такой высокий процент делает состав более экономичным, поскольку гравий и песок прочнее и дешевле, чем цемент. Хорошая готовая смесь будет включать пропорциональное количество как крупного (гравий), так и мелкого (песок) заполнителя. Гравий составляет большую часть готовой смеси, а более мелкие частицы песка хорошо заполняют оставшиеся пустоты, которые в противном случае могли бы быть заполнены нежелательными воздушными карманами.

Специальные добавки

Две из наиболее широко используемых добавок — это воздухововлекающие агенты, используемые для улучшения подвижности смеси и устойчивости к замерзанию/оттаиванию. Пластификаторы улучшают пластичность бетона без добавления воды.

Каждый ингредиент и его соотношение влияют на эксплуатационные характеристики и марку готовой смеси. Высокое качество используемых материалов, четкое соблюдение пропорций и технологии изготовления – основополагающие факторы для создания прочных и долговечных бетонных конструкций. Приготовление смеси на бетонном заводе является гарантом качества материала. При самостоятельном производстве сложно четко следовать рецептуре и технологии, поэтому конечный продукт может не соответствовать требуемым характеристикам.

Приготовление раствора

Весовое дозирование ингредиентов для получения требуемых механических характеристик раствора не всегда является легкой задачей. Для этого используются различные приемы определения правильных пропорций для получения бетона требуемой марки. Чаще всего используется метод абсолютного объема. Первым делом рассчитывается объема каждого ингредиента бетонной смеси. Однако, поскольку бетонные заводы оснащены весами, его необходимо перевести в килограммы. Метод абсолютного объема основан на полуэмпирических соотношениях и расчетах фундаментальных физических характеристик различных ингредиентов (удельный вес, твердое содержание и т. д.). Разберемся на примере как самостоятельно рассчитать состав бетонной смеси.

Предположим, необходимо изготовить безвоздушный бетон 100 МПа с осадкой 200 мм с использованием цемента, крупных и мелких заполнителей, имеющих физические свойства, указанные в таблице.

Материал

Цемент

Крупный заполнитель

Мелкий заполнитель

Удельный вес

3,14

2,72

2,65

Шаг 1: Проверка прочности на сжатие крупного заполнителя

Очень важно убедиться, что крупный заполнитель изготовлен из горной породы, имеющей прочность на сжатие выше 100 МПа, потому что в противном случае уго прочность будет ограничивающим фактором прочности бетона.

Шаг 2: Определение соотношения вода / цемент

Если крупный заполнитель прочности больше, чем 100 МПа, необходимо найти водоцементное соотношение, чтобы гарантировать, что раствор имеет предел прочности при сжатии не менее 100 МПа. Для этого используем эмпирическую зависимость, представленную на рисунке.

График показывает, что для получения бетона прочностью 100 МПа необходимо, чтобы его водоцементное соотношение находилось в диапазоне 0,25–0,30 (округленные значения). Возьмем промежуточное значение 0,27. Диапазон 0,25–0,30 может показаться довольно большим, но он учитывает разнообразие типов цемента и дополнительных вяжущих материалов, которые могут быть использованы.

Шаг 3: Определение количества воды для затворения и получения необходимой осадки

Существует полуэмпирическая зависимость, которая позволяет определить количество воды для получения требуемой осадки. С практической точки зрения это значение зависит от реакционной способности цемента (его состава и крупности помола), а также использования пластификатора. В нижеследующей таблице показан объем воды для затворения, необходимый для достижения осадки 200 мм, в зависимости от точки насыщения пластификатора. Предположим, что в точка насыщения составляет 1,0%. Находим, что нам потребуется 135–145 л воды для затворения на кубический метр бетона для получения заданной осадки. Возьмем 140 л/м³.

Шаг 4: Определение количества крупного заполнителя

Количество используемого крупного заполнителя зависит от формы и размера его фракций. В нашем случае будем считать, что частицы крупных агрегатов средние; то есть они не имеют ни кубической формы, ни продолговатой формы. Это дает общий объем крупного заполнителя, равное 1050 кг/м³, что составляет объем 1050 / 2,72 = 386 л/м³.

Шаг 5: Содержание воздуха в смеси

Опыт показывает, что бетон, не содержащий воздуха, улавливает 1-2% во время перемешивания. В нашем случае предположим, что количество захваченного воздуха будет 1,5%, что составляет объем 15 л/м³.

Шаг 6: Расчет количества цемента

Мы уже рассчитали, что водоцементное соотношение должно быть 0,27 и 140 л воды необходимо для затворения. Исходя из этих значений вычислим необходимое количество цемента. Получается 518 кг/м³, округлим до 520 кг/м³, что представляет собой объем 165 л/м³.

Шаг 7: Определение количества песка

Вычитая из 1000 л (1 м³) объем цемента, воды, захваченного воздуха и крупных заполнителей, мы находим объем мелких заполнителей, который будет использован для получения 1 м³ бетона: 1000−386−165−140 −15 = 294 л. Теперь легко вычислить соответствующую массу песка: 294 × 2,65 = 779 кг/м³, округлим до 780 кг/м³.

В конце расчетов целесообразно выполнить проверку. Удельный вес бетона 520 + 140 + 1050 + 780 = 2490 кг/м³. Значение близкое к 2500 кг/м³, что представляет собой обычную удельную массу безвоздушного бетона.

После того, как все расчеты произведены, необходимо сделать пробную партию, чтобы убедиться, что все допущения, сделанные во время расчетов, верны и расчетный состав дает бетон с заданными характеристиками. Если нет, его необходимо скорректировать. Обычно для получения целевых характеристик требуется изготовить две или три пробные партии.

Современный бетон — это высокотехнологичный материал, который содержит больше ингредиентов, чем песок, цемент и вода. Вычисление требуемого водоцементного соотношения является важным фактором достижения требуемой прочности и долговечности конструкции. Неправильная рецептура может привести к преждевременным повреждениям и растрескиванию. Также необходимо учитывать условия окружающей среды не только в день заливки, но и в долгосрочной перспективе. Поэтому доверить приготовление и доставку раствора лучше профессионалам.