Бетон бы поплотнее. Как повысить плотность бетона

Первым экспертом выступила кандидат технических наук Протько Наталья Сергеевна, в недавнем прошлом — заведующая отделом технологии бетонов и растворов в БелНИИС, сегодня — ведущий научный сотрудник Института жилища — НИПТИС им. Атаева С. С. Непосредственно бетоном Наталья Сергеевна занимается более 35 лет. На ее счету — масса исследовательских работ и реализованных проектов по разработке специальных составов.

Протько Наталья Сергеевна

Согласилась ответить на наши вопросы и Новик Елена Валерьевна — инженер-технолог частной . Прошла практическое обучение у ведущих специалистов города Минска (ОАО «Минскжелезобетон», ОАО «Стройкомплекс», ИООО «Центробетон»), посещала многочисленные обучающие семинары в СНГ и Европе, связанные с технологиями изготовления готовых смесей и химических добавок. Более 9 лет работает на производстве бетона. Ее экспертное мнение нас заинтересовало еще и потому, что Елена Валерьевна общается непосредственно с заказчиками (причем, как крупными, так и индивидуальными застройщиками) и может рассказать не только о бетоне, но и о проблемах, с которыми сталкиваются потребители.

Новик Елена Валерьевна

Для удобства читателей информация представлена в форме «вопрос-ответ».

На что стоит обратить внимание при выборе бетона?

Новик Е. В.:

Крупным застройщикам — на логистику доставки, время выгрузки (отсутствие простоев бетоносмесителей на выгрузке), время укладки. Вообще, существует такая усредненная норма: привезенный бетон должен быть уложен за 1 час, именно в течение этого времени сохраняются его характеристики подвижности. Затем раствор потихоньку начинает «схватываться».

Также стоит обратить внимание на состав бетона и область его применения: «чистая» ли это заливка или использование в конструкциях с большим количеством арматуры (может влиять на объем) и т. д.

Ну, и погода. Влажность, температура воздуха — все это влияет на свойства раствора. При температуре выше 25 градусов бетон теряет подвижность намного быстрее.

Частным лицам следует обратить внимание на класс (марку) бетона. Как правило, сейчас индивидуальные застройщики выбирают материал с запасом по прочности — ведь строят для себя и надолго. Время укладки приготовленного бетона не менее важно — правильно рассчитывайте свои силы и делайте все оперативно.

Также строит обратить внимание на дату изготовления цемента, его регламентированный срок жизни с сохранением «паспортных» свойств — 60 суток, после чего может потребоваться увеличение количества цемента, т. к. он теряет свои основные качества. А в остальном — выбор находится целиком на совести покупателя.

Протько Н. С.:

Осуществлять заказ бетона нужно по его физико-механическим характеристикам в соответствии с проектом и, дополнительно, с учетом обеспечения на стройплощадке требуемых характеристик бетонной смеси. Для этого — выбирать бетонный узел, расположенный ближе к объекту строительства, оговаривать с изготовителем требуемую сохраняемость подвижности бетонной смеси. Чтобы не ошибиться в назначении требуемой сохраняемости бетонной смеси, желательно при заказе познакомиться с возможными вариантами, рекомендуемыми СТБ 1035.

При необходимости можно оговорить с изготовителем бетонной смеси возможность восстановления на объекте ее подвижности при добавлении в автобетоносмеситель пластификатора с 1,5–2,0 л/м3 воды. Пропорции пластификатора зависят от конкретных химических добавок, использованных в бетоне.

При частном (индивидуальном) строительстве следует обращать внимание на:

– дату выпуска цемента: чем он свежее — тем лучше;

– хранение цемента после покупки.

Цемент нужно хранить в крытых сухих помещениях. Если повышается влажность, то цемент будет гидратировать, снижается его прочность, цемент комкуется. Важно обращать внимание на целостность и качество упаковки. При более длительном хранении каждый мешок следует упаковать в полиэтиленовый пакет и плотно завязать.

Общий вид типового РБУ — растворо-бетонного узла. Именно здесь производят бетон. Белые башни — силоса для хранения цемента.

Классификация

Бетон – композитный материал, содержащий в своей структуре несколько основных компонентов – песок, воду, заполнитель (щебень, гравий) и цемент. Именно качество цемента и его процентное соотношение к остальным комплектующим определяет марку.

В некоторых учебниках по строительному делу бетон подразделяют на классы. Для того чтобы понять связь между маркой и классом, приведем определения этих двух терминов и покажем таблицу зависимости.

Цифровое значение марки показывает предельное вертикальное давление, которое способен выдержать опытный образец (размер:15*15*15 см) после набора максимальной прочности. Значение усилия в этом случае выражается в кг/см2.

Аналогичное определение имеет и класс бетона с той лишь разницей, что сила, действующая на опытный образец, выражается в данном случае в Мпа.

После знакомства с обоими терминами можно легко сделать вывод – основное свойство бетонной смеси – ее прочность. Чем выше цифровой показатель марки, тем больше значение этой характеристики. При расчете фундамента и определении маркировки необходимо основную ставку сделать на величину нагрузки, которая будет воздействовать на опору здания в течение всего периода эксплуатации. В процессе вычисления желательно полученное значение умножить на коэффициент запаса, равный 1,1-1,2. Это поможет учесть непредвиденные нагрузки, как, например, избыточное давление от снега.

Несмотря на важность характеристики, значение нагрузки – не единственный показатель в выборе маркировки. При ответе на вопрос – какую марку бетона использовать для фундамента, необходимо учесть тип грунта, глубину промерзания и уровень расположения подземных вод. Подробное рассмотрение каждой из основных марок, применяющихся в строительстве, поможет внести ясность в этот технический вопрос. Ведь та марка бетона, которая подойдет для строительства фундамента бани, будет не лучшим решением для возведения более нагруженных конструкций.

М100. Материал с таким показателем прочности относят к легкой разновидности. Эту марку бетона не рекомендуется использовать для фундамента одноэтажного дома и прочих ответственных конструкций. Этот подвид отличается низким содержанием цемента, из чего вытекает невысокая прочность и значительная дешевизна. Зачастую используется как нижний подстилающий слой (толщина его, как правило, составляет около 50-150 мм) для основного фундамента из более высоких марок. Из-за своей экономичности М100 будет идеальным вариантом при строительстве некапитальных сооружений – заборы, бани, отмостки.

М150. Бетон этой марки нужен в качестве строительства фундамента для гаража. Допустимо также применение этого материала при сооружении более ответственных конструкций (небольшого одноэтажного строения), но в этом случае бетонная опора должна иметь прочное основание в виде скалистого грунта. Контакт с грунтовыми водами значительно снижает срок эксплуатации фундамента из М150. В этом случае перед строительством необходимо либо повысить марку, либо провести работы по устройству гидроизоляции.

Боязнь влаги обусловлена невысоким значением плотности, которым характеризуются подобные марки. Вода, попадая в тело бетонного основания, разрушает его структуру, снижая способность воспринимать проектные нагрузки.

Показатель плотности бетонной смеси можно повысить, не прибегая к увеличению количества цемента. Для этого материал, сразу после укладки в опалубку, необходимо обработать вибратором. Колебания приводят к уменьшению воздушных пор в теле еще жидкого вещества и тем самым приводят к росту плотности.

М200. Основание с такой маркировкой будет служить надежной опорой для одноэтажного здания. Процентное соотношение цемента в этом случае имеет достаточное значение для приемлемых показателей прочности фундамента в целом. Но, в этом случае, также приходится учитывать тип грунта и уровень подземных вод, который не должен подниматься выше отметки промерзания.

М250. Данная марка бетона послужит идеальным решением для производства фундамента двухэтажного дома. Грунт в этом случае не должен иметь пучинистую структуру. Подходящие виды – песчаный и скалистый. Повышенная плотность допускает присутствие грунтовых вод на одном уровне с бетонным основанием, но, все же, в качестве дополнительной меры, не лишним будет произвести устройство гидроизоляции.

М350. Как и предыдущий подвид, допустима при строительстве домов высотой до пяти этажей с той лишь разницей, что грунтовое основание в случае применения этой марки бетона может быть неустойчивым. Высокий показатель прочности М350 компенсирует недостаток слабого основания и позволяет не влиять на продолжительность эксплуатации здания.

Прочность бетона. От каких показателей она зависит?

Новик Е. В.:

Для достижения проектной (расчетной) прочности бетона, необходимы:

– тщательная подготовка места укладки (исследование почв, отвод грунтовых вод, качественная гидроизоляция до заливки и после нее, если работы идут в холодное время года — прогрев);

– качественный цемент (порядка 70 % прочности бетона дает именно цемент);

– правильное водоцементное соотношение. Лишнее количество воды недопустимо, поэтому желательно применение пластификаторов, что позволяет «изъять» из готовой смеси порядка 15–20 % «лишней» воды. Таким образом, добавив пластификатор, можно пропорционально снизить и количество цемента, что в итоге положительно скажется на общей стоимости бетонной смеси.

Протько Н. С.:

Прочность бетона в конструкции зависит от:

– правильного выбранного его состава, учитывающего свойства применяемых материалов;

– условий транспортировки к месту укладки;

– технологии бетонирования;

– условий уплотнения;

–- соблюдения влажностного ухода за материалом в период его интенсивного твердения.

Рассмотрим более подробно требования к составу бетона. К основным факторам, оказывающим влияние на его прочность, следует отнести: прочностные характеристики цемента (марка или класс по прочности на сжатие цемента) и водоцементное отношение бетона (соотношение в бетоне между цементом и водой, в т. ч. содержащейся во влажном песке).

На прочность бетона также оказывают влияние характеристики заполнителей. Например, если в песке есть глина, она снижает прочность бетона. Если песок мелкий, он требует больше воды, что также снижает прочность. Крупный заполнитель может содержать пылевидную фракцию, которая также при определенных условиях может снижать сцепление с заполнителем, а следовательно, и прочность бетона.

Также оказывает влияние на прочность бетона соотношение между мелким и крупным заполнителями (песком и щебнем). В этом случае мы можем говорить о так называемой межзерновой пустотности заполнителей, так как, создавая бетон, мы должны цементным тестом (цемент + вода) заполнить все пустоты между песком и щебнем и создать оболочку вокруг зерен заполнителей. Толщина этой оболочки и водоцементное отношение будут оказывать влияние на подвижность бетонной смеси. При больших показателях пустотности требуется больше «теста», что может привести к повышению расхода воды при постоянном расходе цемента, и следовательно,— к снижению прочности бетона. Применение пластифицирующих добавок во многом может нивелировать отрицательное влияние характеристик заполнителей. Если при промышленном изготовлении бетона применение добавок — это прерогатива производителя, то при изготовлении бетона на стройплощадке я рекомендовала бы использовать пластификаторы.

Крупные и мелкие фракции хранятся на открытых складах и подаются на конвейер при помощи погрузчика.

ПРЕДИСЛОВИЕ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ЭНЕРГЕТИКЕ И ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СССР

ГЛАВТЕХСТРОЙПРОЕКТ

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО УЧЕТУ ВЛИЯНИЯ ВОЗРАСТА БЕТОНА НА ЕГО ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ВСН-05-64

ГПКЭиЭ СССР

Составлены во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидротехники имени Б. Е. Веденеева и утверждены Главтехстройпроектом ГПКЭиЭ СССР

ИЗДАТЕЛЬСТВО «ЭНЕРГИЯ»

МОСКВА 1964 ЛЕНИНГРАД

В 1956 г. был осуществлен переход при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений к назначению требований к бетону в возрасте 180 дней, как это было ранее. Этот переход, узаконенный действующими стандартами на гидротехнический бетон, приблизил «марочный» возраст гидротехнических бетонов к реальным срокам ввода сооружений в эксплуатацию и позволил значительно повысить экономичность гидротехнических сооружений за счет снижения нереализуемых запасов и устранения излишних расходов цемента.

Практической целью «Рекомендаций» является дать необходимые для расчета гидротехнических сооружений на стадии разработки проектного задания обобщенные коэффициенты, с помощью которых может быть учтено изменение основных характеристик бетона с его возрастом, а также дать необходимые количественные зависимости и рекомендации, которыми надлежит пользоваться лабораториям строительств при проведении подборов составов бетона (в особенности на первых этапах строительства, когда лаборатории еще не располагают установленными ими конкретными экспериментальными коэффициентами перехода от возраста в 28 дней к другим возрастам для прочности и водонепроницаемости бетона, приготовленного на конкретных материалах строительства). Приводимые данные могут быть также использованы в целях контроля качества бетона на строительствах. «Рекомендации» основываются на результатах проводившихся ВНИИГом в течение ряда лет исследований влияния возраста бетона на свойства бетона различных составов. Исследованию подверглись бетоны на цементах различных видов из числа наиболее широко применяющихся в современном гидротехническом строительстве: на портландцементе, пуццолановых портландцементах и шлакопортландцементах.

При разработке рекомендаций данные исследований Лаборатории бетона ВНИИГа дополнены результатами работ других организаций (НИС Гидропроекта, НИИЖБа и др.), опубликованными в литературе, а также учтены результаты исследований кернов ряда сооружений, в которых бетоны твердели при различных условиях.

В настоящих «Рекомендациях» приводятся необходимые при расчетах данные по учету влияния возраста бетона на его прочностные характеристики и водонепроницаемость, марки, по которым отнесены действующим ГОСТом 4795-59 к возрасту 180 дней. Так как марочный возраст гидротехнического бетона по морозостойкости в ГОСТе 4795-59 предусмотрен 28 дней, данных о влиянии возраста на морозостойкость в «Рекомендациях» не приводится.

«Рекомендации» составлены в Лаборатории бетона ВНИИГа (Руководитель лаборатории проф., доктор техн. наук В.В. Стольников) групповым инженером В.Б. Судаковым и ст. научн. сотр., канд. техн. наук А.С. Губарь и утверждены в качестве ведомственных Рекомендаций решением начальника Технического управления по строительству электростанций И сетей ГПКЭиЭ СССР тов. А.А. Борового от 4 февраля 1964 г. (решение №.28).

Одной из основных особенностей бетона гидротехнических сооружений является то, что он вступает в работу по истечении значительного времени с момента его укладки. Обычно этот срок составляет 1-2 года, а иногда и более. В течение этого времени твердение бетона продолжается, что приводит к изменению его основных технических свойств (прочности, водонепроницаемости и др.). Правильный учет этих изменений -необходимое условие создания долговечных и экономичных гидротехнических сооружений. Применительно к гидроэнергетическим объектам наиболее рациональным является назначение проектных марок бетона по прочности (при сжатии и растяжении) и водонепроницаемости в возрасте 180 дней и более. Исключение представляют только особые случаи, обусловленные условиями ввода сооружений в эксплуатацию, а также условиями строительства (зимний период и др.), когда возможно установление полных проектных марок в более раннем возрасте-90, 60 и 28 дней. (ГОСТ 4795-59 «Бетон гидротехнический, Общие требования»).

Переход при проектировании гидротехнических сооружений к назначению требований к бетону в возрасте 180 дней (вместо 28-дневного возраста) не только более отвечает реальным срокам ввода сооружений в эксплуатацию, но и позволяет более экономно и рационально использовать бетон как материал для их возведения. Это мероприятие дает возможность устранить излишние, нереализуемые запасы прочности и водонепроницаемости и снизить расходы цемента в бетоне (экономия цемента достигает 50- 80 кг/м3 бетона), приведя одновременно в соответствие качество бетона с предъявляемыми к нему по условиям работы в сооружениях техническими требованиями.

Показатели бетона по прочности и водонепроницаемости должны назначаться в зависимости от реальных сроков загрузки сооружения и ввода в эксплуатацию, учитывая период и место строительства (время ввода и т.п.), так как повышение технических Показателей бетона зависит от времени и условий его твердения.

Подбор составов бетона должен производиться с испытанием образцов достаточно большого размера в принятом проектном возрасте, с учетом предполагаемых условий твердения и использованием конкретных материалов, из которых будет приготовляться бетон для возведения сооружений.

В тех случаях, когда имеются установленные заранее экспериментальные коэффициенты перехода от прочности и водонепроницаемости в возрасте 28 дней для данного конкретного цемента и данного состава бетона, твердевшего в определенные температурных и влажностных условиях, этими коэффициентами рационально пользоваться для ускорения работы в процессе предварительного подбора состава бетона или при контроле его прочности.

При отсутствии экспериментально установленных коэффициентов перехода для бетонов на конкретных материалах, применяемых на строительствах (или предполагаемых к использованию на конкретных строительствах), лабораториям строительств и проектным организациям (на стадии разработки проектного задания) следует пользоваться обобщенными коэффициентами перехода, приводимыми ниже. Эти коэффициенты относятся к стандартным условиям изготовления, твердения и испытания бетонов различного состава (ГОСТ 4800-59) и могут быть использованы для приближенных расчетов нарастания прочности и водонепроницаемости с увеличением возраста бетонов, твердеющих в этих (или близких к ним) условиях. Эти же коэффициенты могут быть использованы для приближенной оценки изменения во времени основных свойств бетонов, уложенных в массивные сооружения.

Приводимые в «Рекомендациях» обобщенные коэффициенты перехода являются ориентировочными и в последующем должны уточняться путем постановки соответствующих экспериментов (включая испытания кернов, извлеченных из бетона сооружений) с бетонами на конкретных материалах каждого данного строительства.

1. Увеличение возраста бетона оказывает неодинаковое влияние на различные технические свойства бетона. Наиболее благоприятно увеличение срока предварительного твердения сказывается на водонепроницаемости бетона и в относительно меньшей степени на улучшении его прочностных характеристик. Это различие резко проступает как в ранние, так и в поздние сроки твердения. Увеличение возраста |бетона свыше 28 дней приводит к повышению прочности, исчисляемому десятками процентов от ее величины в 28 дней; рост водонепроницаемости после 28 дней исчисляется сотнями процентов от исходных величин в возрасте 28 дней.

2. Улучшение технических свойств бетона во времени по мере увеличения возраста бетона в общем случае носит затухающий характер.

Для бетонов на портландцементах1 значительное увеличение прочности и водонепроницаемости (интенсивность которых постепенно снижается во времени) имеет место вплоть до возраста 180 дней. В дальнейшем положительное влияние возраста бетона на его свойства становится менее заметным. Поэтому при использовании портландцементов для возведения массивных гидротехнических сооружений наиболее целесообразно назначение технических требований и установление полных проектных марок бетона по прочности и водонепроницаемости для возраста бетона 180 дней.

Для бетонов на пуццолановых портландцементах и шлакопортландцементах1 интенсивное нарастание прочности и водонепроницаемости продолжается обычно вплоть до возраста 1 года. Поэтому при использовании этих цементов для бетона крупных гидротехнических сооружений наиболее рационально отнесение полных проектных марок бетона по прочности и водонепроницаемости к возрасту не менее 180 дней, а при подходящих условиях строительства — к возрасту 1 год.

1 При твердении образцов бетона в стандартных условиях (ГОСТ 4800-5Э) и массивного бетона сооружений (т.е. при постоянном увлажнении бетона или отсутствии потерь влаги и положительной температуре).

3. Для бетонов на шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах прочность и водонепроницаемость в поздние сроки твердения, свыше 28 дней, возрастают более интенсивно и значительно, чем для бетонов на портландцементах обычного минералогического состава.

4. Существенное улучшение водонепроницаемости и прочности бетона в поздние сроки твердения, свыше 28 дней, должно в обязательном порядке учитываться при проектировании и строительстве сооружений (ГОСТ 4795-59), так как только такой подход обеспечивает экономичное и эффективное использование гидротехнического бетона как строительного материала.

Применительно к гидротехническим сооружениям назначение полных проектных марок бетона в возрасте 28 дней (в особенности в отношении водонепроницаемости) ведет к созданию излишних, нереализуемых запасов и необоснованному перерасходу цемента 2.

2 Это не относится к тонкостенным конструкциям гидротехнических промышленных и гражданских сооружений.

5. Вследствие многообразия факторов, влияющих на изменение свойств бетона во времени, точное количественное выражение роста прочности и водонепроницаемости с увеличением возраста бетона в каждом конкретном случае должно находиться путем постановки соответствующих экспериментов.

Использование обобщенных переходных коэффициентов рекомендуется только на стадии разработки проектного задания.

6. Результаты лабораторных испытаний, характеризующие изменение свойств бетонов во времени, полученные при оптимальном режиме твердения образцов бетона в лаборатории, должны переноситься на бетон сооружений с учетом фактических условий твердения бетона (температура, влажность и др.).

1. При твердении в благоприятных температурно-влажностных условиях1 нарастание прочности бетонов на портландцементах, шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах продолжается весьма длительное время.

1 При стандартных условиях твердения образцов бетона в лабораториях (ГОСТ 4800-59), твердении гидротехнических бетонов в центральных частях массивных блоков и т.п.

2. Интенсивность роста прочности бетона во времени зависит от ряда факторов: примененного цемента, состава бетона, величины водоцементного отношения, вида и типа добавок и т.д. Общим законом нарастания прочности бетонов является постепенное снижение интенсивности роста прочности с увеличением возраста бетона.

3. Во многих случаях наиболее интенсивное нарастание прочности в поздние сроки твердения (свыше 28 дней) обнаруживают бетоны на шлакопортландцементах. Интенсивный рост прочности у бетонов на этих цементах, идущий, как правило, значительно более высокими темпами, чем рост прочности бетонов на портландцементах, продолжается вплоть до одного года, а иногда и более.

Вследствие этого наиболее рационально отнесение полных проектных марок по прочности для бетонов на шлакопортландцементах к возрасту не менее 180 дней, а при подходящих условиях строительства и к одному году.

4. При твердении при постоянном увлажнении (или при отсутствии значительных потерь влаги) бетоны на пуццолановых портландцементах также обнаруживают значительное повышение прочности в поздние сроки твердения, продолжающееся вплоть до 180 дней. Интенсивность роста прочности этих бетонов в поздние сроки твердения также обычно несколько превышает рост прочности бетонов на портландцементах, но ниже, чем у бетонов на шлакопортландцементах, в особенности в сроки свыше 90 дней.

Вследствие этого наиболее рационально отнесение полных проектных марок по прочности для бетонов на пуццолановых портландцементах к возрасту 180 дней и более.

5. При практически одинаковой активности цементов абсолютные значения прочности бетонов на пуццолановых цементах в ранние сроки твердения-7 и 28 дней — выше, чем у бетонов аналогичных составов на шлакопортландцементах; в поздние сроки твердения, в силу более интенсивного роста прочности бетонов на шлакопортландцементах после 28-дневного возраста, прочности выравниваются, причем в ряде случаев прочность бетонов на шлакопортландцементах оказывается даже несколько более высокой.

При прочих равных условиях (одинаковой активности цементов, практически одинаковых составах бетонов и пр.) абсолютные значения прочности бетонов на портландцементах оказываются во все сроки выше, чем у бетонов на шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах. Это превышение прочности становится особенно заметным по мере увеличения величин водоцементных отношений.

6. Нарастание прочности бетонов на портландцементах в большой степени зависит от минералогического состава цемента. Бетоны на цементах с высоким содержанием С3S быстро набирают прочность в первые сроки твердения (до 28 дней); при дальнейшем твердении нарастание прочности бетонов на этих цементах идет относительно медленно. Нарастание прочности бетонов на цементах с высоким содержанием С2S в первые сроки твердения идет значительно менее интенсивно, однако прирост прочности в поздние сроки твердения у них значительно выше, чем у бетонов на высокоалитовых цементах1. Цементы обычного состава занимают в этом отношении промежуточное положение.

Таким образом, при подсчетах изменений прочности бетонов во времени следует обязательно учитывать минералогический состав цементов, а используемые на практике обобщенные количественные показатели роста прочности должны подразделяться в зависимости от вида цементов (табл. 1.). Применяемые в расчетах коэффициенты перехода должны быть выбраны исходя из реального минералогического состава используемого (или намеченного к использованию) цемента.

Для бетонов на шлакопортлапдцементах и пуццолановых портландцементах нарастание прочности в основном (при прочих равных условиях) определяется видом и активностью примененных добавок (кислый шлак, основной шлак, трепел и т. д.).

7. При прочих равных условиях нарастание прочности меняется в зависимости от активности цемента. В общем случае повышение активности цемента ведет к ускоренному росту прочности в первые сроки твердения (до 28 дней) и более замедленному в поздние сроки твердения. Бетоны на низкомарочных цементах в начальном возрасте набирают прочность медленнее, но при дальнейшем твердении в поздние сроки обнаруживают относительно более высокий прирост прочности.

1 В зависимости от соотношений между четырьмя основными минералами, содержащимися в портландцементном клинкере: С3S-трехкальциевого силиката (алита), С2S-двухкальциевого силиката (белита), С3А-трехкальциевого алюмината и C4AF-четырехкальциевого алюмоферрита (целита) различают алитовые портландцементы С3S:С2S>4, нормальные (обычные) портландцементы С3S:С2S=4+1, C4AF:С3А=1,5+0,4, белитовые портландцементы С3S:С2S<1 и алюминатные портландцементы С3А:C4AF>1,5.

8. Ввиду многообразия факторов, оказывающих влияние на рост прочности бетонов во времени, точная количественная оценка повышения прочности требует проведения специальных экспериментов с использованием конкретных материалов данного строительства.

9. Использование логарифмической зависимости для бетонов на современных цементах дает, как правило, заниженные показатели прочности для начальных сроков твердения (до 28 дней) и завышенные для поздних сроков твердения. Ввиду этого применение этой зависимости возможно только для сугубоориентировочных подсчетов.

10. Нарастание прочности бетонов на различных цементах при твердении в лабораторных условиях может быть учтено (при ориентировочных подсчетах) с помощью следующих обобщенных коэффициентов (табл. 1).

11. При использовании приведенных коэффициентов в расчетах три проектировании и проведении ускоренных подборов составов бетона должно быть учтено следующее.

Бетоны на высокомарочных цементах (марок 500-600) обнаруживают высокий рост прочности в ранние сроки твердения (до 28 дней) и относительно низкий прирост прочности в последующие сроки.

Поэтому при выборе коэффициентов перехода для бетонов на этих цементах для возраста 7 дней следует принимать наиболее высокие значения, а после 28 дней -наименее высокие значения коэффициентов.

Бетоны на низкомарочных цементах (марок 300-400) обнаруживают относительно менее интенсивный рост прочности в первые сроки, но зато показывают более значительное нарастание прочности в последующие сроки (после 28 дней) по сравнению с высокомарочными.

Поэтому при выборе коэффициентов перехода для бетонов на этих цементах для возраста 7 дней следует принимать наименее высокие значения, а после 28 дней — наиболее высокие значения коэффициентов.

В поздние сроки твердения нарастание прочности бетонов с добавкой СНВ (воздухововлекающей) идет, как правило, несколько более интенсивно, чем для бетонов аналогичных составов без поверхностно-активных веществ; а с добавкой ССБ (сульфитно-спиртовой барды) — несколько менее интенсивно или так же как для бетонов без добавок.

Вместе с тем, при сниженных за счет введения добавок расходах цементов и постоянной подвижности бетонной смеси прочность бетонов с воздухововлекающей и пластифицирующей добавками в возрасте 180 дней – 1 года оказывается несколько ниже, чем у исходных бетонов без добавок поверхностно-активных веществ. Это снижение прочности зависит от вида добавки и от состава бетона и при введений воздухововлекающей добавки может достигать 10-15% для жирных составов (при В/Ц=0,50) и 0-5% для тощих составов (при В/Ц=0,70). Для бетонов с добавками ССБ снижение прочности обычно составляет 5-10% по отношению к исходным составам, причем оно больше для тощих составов (с расходом цемента менее 230 кг/м3) и меньше для жирных (с расходом цемента более 250 кг/м3).

При одинаковых расходах цемента и подвижности бетонных смесей (снижении за счет введения добавок величины В/Ц) прочность бетонов с добавками ССБ в возрасте 180 дней- 1 года оказывается на 5-10% выше прочности исходных составов бетона без добавок поверхностно-активных веществ (для жирных составов) или равной последней (для тощих составов). Для бетонов с добавками СНВ при этих условиях прочность оказывается обычно на 0-5% выше для тощих составов по сравнению с составами без этой добавки и на 0-5% ниже для жирных составов.

При прочих равных условиях нарастание прочности бетонов зависит от величины В/Ц. Чем больше величина В/Ц, тем интенсивнее, как правило, идет нарастание прочности бетонов в поздние сроки твердения.

В соответствии с этим при В/Ц³0,60 для поздних сроков твердения следует выбирать более высокие значения переходных коэффициентов, а при В/Ц£0,60-более низкие.

Таблица 1

Коэффициент нарастания прочности бетона на различных цементах

1 Включая портландцемент с умеренной экзотермией (ГОСТ 970-62).

1. Величина отношения прочности бетона на растяжение к прочности на сжатие не является постоянной для различных сроков твердения, а изменяется с его возрастом. В пределах обычно применяемых составов бетона зависимость величины соотношения прочностей от времени твердения имеет один и тот же общий характер: наибольшая величина соотношения прочностей имеет место в начальные фоки твердения (1-3 дня), по мере увеличения возраста величина соотношения постепенно уменьшается, достигая в определенном возрасте минимума, и затем несколько повышается или стабилизируется в более поздние сроки твердения.

Общий характер изменения величины соотношения прочностей в зависимости от возраста бетона или раствора графически выражается криволинейной зависимостью АВС, представленной на рис. 1.

2. Интенсивность снижения величины соотношения прочностей, срок твердения, которому отвечает минимальное ее значение, и дальнейшее увеличение или стабилизация (Rp/Rсж) зависят от ряда факторов: примененного цемента, условий хранения, добавок поверхностно-активных веществ, состава бетона т.д. Под влиянием этих факторов положение характерных точек кривой зависимости соотношения прочностей от времени твердения может изменяться, так что в действительности существует целое семейство кривых, подчиняющихся общей закономерности.

Рис. 1.

3. Для бетонов на портландцементах и их разновидностях, шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах, применяемых в гидротехническом строительстве в соответствии с действующим ГОСТом 4797-64 наибольшее значение величины соотношения прочностей имеет место в начальные сроки твердения 1-3 дня, при дальнейшем твердении величина соотношения постепенно падает, приближаясь к минимальному значению, которого оно достигает к возрасту около 90 дней; в дальнейшем величина соотношения прочности остается практически постоянной, обнаруживая тенденцию к незначительному повышению.

Снижение величины соотношения прочностей на растяжение и сжатие (до 90-дневного возраста) и повышение ее в последующем, после достижения минимального значения имеют затухающий характер.

4. В том случае, если при проектировании гидротехнических сооружений учитывается работа бетона на растяжение, вводимая в расчеты для бетонов величина соотношения прочностей должна определяться для возраста не ранее 90 дней. При этом следует иметь в виду, что снижение величины соотношения прочностей при переходе от 28-дневного возраста к возрасту 90 дней, составляет не менее 10-25% (а в отдельных случаях и более).

5. Величина падения соотношения прочностей между этими сроками твердения (28 и 90 дней) при прочих равных условиях зависит от состава бетона и примененных заполнителей. Она больше для жирных составов с низкой величиной В/Ц и при применении пористых заполнителей, способных отсасывать из цементного камня (теста) значительное количество воды, и меньше для тощих составов с высоким В/Ц и при применении плотных заполнителей с малой величиной водопоглощения.

6. Твердение в условиях воздушносухой среды приводит к смещению минимума величины соотношения прочностей в сторону ранних сроков твердения и более резкому изменению ее во времени; твердение в условиях высокой влажности окружающей среды, наоборот, ведет к более плавному изменению величины соотношения и приближению к минимуму в более поздние сроки.

7. Введение добавок поверхностно-активных веществ оказывает влияние как на величину соотношения прочностей, так и на изменение ее со временем. Добавки гидрофобного типа (СНВ) повышают величину соотношения прочностей во всех возрастах, а также придают изменению прочностей во времени более плавный характер. Положительное влияние добавок этого типа наиболее ярка проявляется в тощих смесях и менее эффективно в жирных смесях.

Гидрофилизующие добавки (ССБ) обычно несколько снижают величину соотношения прочностей (‘преимущественно в раннем возрасте в особенности в жирных смесях). На характер изменения соотношения прочностей во времени добавки этого типа обычно не оказывают существенного влияния.

8. Характер изменения соотношения прочностей со временем указывает на различный темп нарастания во времени прочности на сжатие и растяжение, что должно учитываться при проведении подборов бетона по прочности на растяжение.

1. С увеличением возраста бетонов их водонепроницаемость1 повышается в значительно большей степени, чем прочность на сжатие. Резкое повышение водонепроницаемости во времени характерно для бетонов на всех применяемых в гидротехническом строительстве цементах и имеет место как в ранние сроки твердения, так и в более поздние (свыше 28 дней).

1 При твердении образцов бетона в стандартных условиях (ГОСТ 4800-59) и массивного бетона сооружений при отсутствии заметных потерь влаги благодаря испарению.

2. Для бетонов на портландцементах интенсивное повышение водонепроницаемости во времени наблюдается вплоть до 180-дневного возраста. Дальнейшее увеличение срока твердения приводит к относительно небольшому повышению водонепроницаемости.

Для бетонов на шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах интенсивное нарастание водонепроницаемости наблюдается вплоть до возраста 1 год. При использовании этих цементов для бетона гидротехнических сооружений наиболее рационально отнесение полных проектных марок бетона по водонепроницаемости к возрасту не менее 180 дней; а при подходящих условиях — к возрасту 1 год.

3. В поздние сроки твердения водонепроницаемость бетонов на шлакопортландцементах и пуццолановых портландцементах возрастает более интенсивно, чем бетонов на портландцементе.

4. Исключительно большое влияние на рост водонепроницаемости оказывают условия твердения бетона; изменение водонепроницаемости бетона с его возрастом неотделимо от тех условий, при которых происходит его твердение.

5. Водонепроницаемость бетонов, твердевших в воздушной среде с низкой относительной влажностью и потерявших за время твердения значительное количество воды затворения, всегда значительно (в несколько раз) ниже водонепроницаемости таких же бетонов, но твердевших в условиях постоянного увлажнения. (Водонепроницаемость образцов бетона, находившихся после распалубки в воздушной среде с относительной влажностью порядка 50-60% и испытанных в возрасте 180 дней обычно оказывается фактически равной или ниже водонепроницаемости таких же образцов бетона, твердевших в условиях постоянного увлажнения — 28 дней).

6. Интенсивное и устойчивое повышение водонепроницаемости бетонов может быть достигнуто только при продолжительном влажностном уходе.

7. Наиболее интенсивное повышение водонепроницаемости наблюдается при твердении бетонов в условиях постоянного обильного увлажнения (избыточной влажности окружающей среды). При этом наибольшее увеличение водонепроницаемости отвечает при прочих равных условиях бетонам с высокими значениями водоцементного отношения (0,70) и меньшее — бетонам с низким значениями водоцементного отношения (порядка 0,50).

8. При твердении бетонов в условиях возможного медленного испарения влаги из бетона (например, при твердении в воздушной среде с относительной влажностью 90-95% при редком поливе водой или отсутствии полива) водонепроницаемость также значительно повышается (хотя и несколько меньше, чем при постоянном увлажнении и поглощении бетоном воды извне), достигая максимума в возрасте 180 дней-1 год, и в дальнейшем стабилизируется.

9. При воздушном хранении, в условиях испарения из бетона значительных количеств воды; рост водонепроницаемости бетона замедляется тем больше, чем полнее его обезвоживание. При больших потерях воды рост водонепроницаемости бетона прекращается и, более того, наблюдаются случаи снижения ее первоначальной величины.

10. Нарастание водонепроницаемости бетона с добавками органических поверхностно-активных веществ следует тем же закономерностям, что и нарастание водонепроницаемости бетонов без добавок поверхностно-активных веществ1.

1 Следует учитывать, что водонепроницаемость бетонов с воздухововлекающими добавками обычно на 1-3 атм (при испытаниях по ГОСТу 4800-59) выше, чем исходных бетонов без добавок поверхностно-активных веществ (при одинаковых расходах цемента) во все сроки твердения.

11. Ввиду многообразия факторов, влияющих на изменение водонепроницаемости бетона во времени, определение коэффициентов роста водонепроницаемости в каждом конкретном случае должно производиться путем постановки соответствующих экспериментов.

12. Повышение водонепроницаемости бетонов на различных цементах (применяемых для гидротехнических бетонов в соответствии с ГОСТом 4797-64) во времени может быть учтено с помощью приближенных коэффициентов перехода, которые следует принимать в соответствии с табл. 2. При этом влияние минералогического состава клинкера и вида добавок обычно находится в пределах точности определений водонепроницаемости при испытаниях.

13. При проведении лабораторных испытаний водонепроницаемости с целью оценки ее повышения во времени следует иметь в виду, что определение роста водонепроницаемости бетона во времени путем повторных испытаний одних и тех же образцов бетона в разные сроки твердения показывает более высокое увеличение водонепроницаемости, чем определение ее роста путем испытаний различных образцов-близнецов в те же сроки (когда каждому сроку испытаний соответствует своя группа образцов). Это повышение получаемых результатов особенно значительно для составов с низкими величинами водоцементного отношения (порядка 0,50), где оно достигает 100-150%, и менее характерно для составов с высокими значениями В/Ц (порядка 0,70), где превышение ничтожно и может наблюдаться даже обратная картина, обусловленная нарушениями структуры бетона при испытаниях (три декомпрессии).

14. При правильном учете изменения водонепроницаемости бетона во времени представляется возможным при использовании воздухововлекающих добавок уменьшать расход цемента до 10- 15% по сравнению с бетоном без добавок (при неизменной величине В/Ц и подвижности бетонной смеси) без снижения предъявляемых к бетону требований по водонепроницаемости (см. примечание к п. 10).

Таблица 2

Рекомендуемые ориентировочные коэффициенты для приближенного вычисления повышения водонепроницаемости бетонов в позднем возрасте при стандартных условиях твердения и испытаний (по ГОСТу 4800-59)

ПРИЛОЖЕНИЯ

В настоящем приложении даны результаты некоторых экспериментальных исследований, показывающих изменение прочности, водонепроницаемости и соотношения прочностей бетона с увеличением его возраста. Эти данные являются иллюстрацией к приведенным в «Рекомендациях» положениям и, вместе с тем, показывают что изменение свойств бетона с его возрастом в значительной степени зависит от примененных материалов, условий твердения и др.

Более подробные данные можно найти в литературе, список которой приведен ниже.

Сколько нужно бетона для той или иной работы/конструкции?

(как правильно рассчитать количество бетона?).

Новик Е. В.:

Заказ производится, исходя из функционального назначения конструкции, для которой приобретается бетон, и проектных данных по его классу (марке). Как правило, количество раствора рассчитывается, исходя из размеров конструкции, которую необходимо залить. Грубо говоря, ее площадь умножаем на высоту. Но тут есть нюансы. Скажем, у крупных застройщиков при заливке фундамента идет очень точно рассчитанная стальная опалубка, внутренние размеры которой тщательно выверены. У индивидуальных застройщиков часто применяют доски различной толщины и по-разному их крепят, поэтому внутренний объем может «играть». Это нужно учитывать. Также стоит брать небольшой запас на усадку, которую дает любой бетон при перевозке и укладке.

В проектах количество бетона может рассчитываться по весу, но грузим мы все равно по объему. Если же говорить о совсем уже небольших объемах, вроде заливки пола в гараже или стяжки в комнате, то там, как правило, делается цементная, а не бетонная стяжка (раствор без использования щебня). Тут можно порекомендовать пропорции цемента к песку 1:4 или 1:5. А вообще, лучше брать небольшой запас по цементу. Всегда лучше добавить больше цемента, чем воды — прочнее получится.

Протько Н. С.:

Ответ на этот вопрос напрямую зависит от того, где именно вы собираетесь использовать бетон, при каких работах. Вне зависимости от того, промышленное это строительство, гражданское или индивидуальная застройка, должен существовать проект. В нем будет указан объем бетона или раствора, который ориентировочно может быть уточнен с учетом объема, занимаемого арматурой и т. д.

Сложнее, когда заказывается раствор или мелкозернистый бетон предварительного изготовления, т. е. малоподвижная смесь с неполной водой затворения. В этом случае надо знать, что фактический объем бетона или раствора будет зависеть от количества добавляемой воды (оно должно быть указано в сопроводительном документе производителя) и условий уплотнения. Эти смеси привозят на самосвалах, и надо учитывать, что объем смеси в самосвале за счет ее рыхлой укладки может быть выше, чем фактический объем, полученный после добавления требуемого количества воды. Определение выхода бетона при его изготовлении в построечных условиях (дозирование компонентов по объему), в литрах, можно установить по факту или расчетным путем как сумму частных от деления веса материалов в килограммах, на их истинные плотности (для цемента — на 3,1, песка — на 2,65, воды — на 1). При установлении расхода воды следует учитывать ее содержание во влажном песке (влажность песка может составлять 3–5 %).

Конвейер для подачи взвешенных материалов в бетоносмеситель — вид снаружи (слева) и изнутри (справа).

Добавки, используемые в бетонах нового поколения

Качественные бетоны невозможно изготовить без использования специальных химических добавок-модификаторов, позволяющих создать практически водонепроницаемый материал высочайшей прочности и морозостойкости.
Для этого используются следующие добавки:

• Комплексная химическая добавка (КМХ), способная обеспечить полную водонепроницаемость бетона, повысить его прочность в 1,5 – 2 раза и увеличить морозостойкость до 500 циклов. Добавка вводится в бетон одновременно с сухими компонентами смеси в количестве примерно 1,5 – 3% от массы закладываемого цемента. Эти добавки не вступают в реакцию с металлами, не горят, не дают высолов, не токсичны для человека.
• Добавка Универсал П2 – ускоритель твердения, применяемый взамен необходимости пропаривания бетона. Это становится возможно в связи с тем, что скорость твердения бетонной смеси многократно ускоряется. Добавка вводится из расчета 0,5 – 0,6% от массы цемента. Использование этой добавки также повышает удобоукладываемость бетона, повышает его морозостойкость и водонепроницаемость.
• Пластифицирующие добавки Лингопан Б-1, Б-3, Б-4 используются при производстве бетонов, цементных растворов, составах для производства тротуарной и керамической плитки, самовыравнивающихся смесях. Они служат для улучшения текучести и удобоукладываемости смеси, снижения ее расслаиваемости и увеличения прочности.
• Добавка Суперпластификатор С-3. Ее назначение очень многогранно: увеличение текучести бетона или раствора в 6 -7 раз, улучшение прочности на 20 – 30%, улучшение сцепления бетона с арматурой, получение бетонов с повышенными показателями трещиностойкости, морозостойкости, влагонепроницаемости.
• Противоморозные добавки формиат натрия, Бенотех ПМП-1, С-ЗМ-15. Они обладают пластифицирующими свойствами, повышают жизнеспособность бетона, обеспечивают быстрый набор прочности, позволяя заниматься бетонными работами при низких температурах.

Что входит в состав бетона? Какие применяются добавки?

Новик Е. В.:

Да, добавки в составе — желательны. Хотя и 20–30 лет назад, когда их еще не было, дома строили, используя простой бетон. И ничего — стоят по сей день, ничего не трескается. Это потому, что правильно замешивали и укладывали.

Скажем, морозоустойчивые добавки для наших широт — вообще норма, поскольку у нас холода возможны с ноября по апрель — фактически, полгода. Если выделить некий «топ» добавок, то это:

– пластификаторы и суперпластификаторы;

–добавки, замедляющие схватывание (при длинном плече транспортировки бетона);

– ускоряющие затвердевание (если нужно получить заданную прочность быстро);

– противоморозные;

– фибры (в основном — стальные). Как правило, их применяют при заливке полов.

Протько Н. С.:

Помимо основных составляющих бетона — цемента, песка, щебня и воды — при производстве современных бетонов применяется множество добавок, придающих материалу те или иные дополнительные свойства: пластифицирующие, противоморозные, воздухововлекающие, ускорители твердения, кольматирующие и т. д.

Среди применяемых добавок наиболее распространено применение пластификаторов. Добавка позволяет повысить подвижность бетонной смеси, а при снижении расхода воды — повысить прочность бетона или экономить цемент. Если при промышленном изготовлении бетонных смесей в зависимости от поставленных задач может использоваться широкий спектр различных по эффективности пластификаторов, то при изготовлении бетона на стройплощадке рекомендуется использовать недорогие пластификаторы на нафталиновой основе, так как бетонные смеси не требуют повышенной сохраняемости, а добавки обладают высоким пластифицирующим эффектом.

При индивидуальном строительстве может потребоваться применение противоморозных добавок, желательно, для бетонирования и последующего твердения бетона при температуре не ниже –5 градусов. Содержание противоморозных добавок в бетоне зависит от состава бетона, температуры применения, характеристик добавки и должно устанавливаться с учетом рекомендаций их производителя.

Интересно применение кольматирующих добавок, т. е. добавок, применением которых обеспечивается повышение водонепроницаемости бетона уже на этапе его эксплуатации. Например, возможно получение бетона W10 и выше при водоцементном отношении 0,55 и расходе цемента 350 кг/м3.

Также интересно рассмотреть применение полимерной фибры при индивидуальном строительстве, например, при устройстве полов для снижения трещинообразования.

Бетоносмеситель — именно в нем смешиваются все компоненты бетона.

Выбор марки бетона при строительстве зданий и сооружений различного типа

Введение

Бетонная смесь является одним из основных материалов, используемых в строительном деле. Фундамент – основа любого здания, несущая на себе нагрузку от каркаса, кровли, инженерных сетей, выполнен именно из этого компонента и правильно подобранная марка бетона для фундамента частного дома – залог максимально долгой эксплуатации.
Классификация, которая приведена в СНиПах, ГОСТах и прочей строительной литературе, делит этот материал на различные марки. И одной из задач, которая стоит перед каждым проектировщиком на первоначальном этапе строительства, определить, какой марки нужен бетон для фундамента того или иного здания и сооружения.

Почему трескается бетон и как этого избежать?

Новик Е. В.:

Основные деформации — это трещины, что чаще всего связано с неправильным уходом за бетоном. В дождливое время свежеуложенный бетон нужно защитить от попадания обильных осадков. Зимой обязателен прогрев (даже если добавлена морозоустойчивая добавка). Если печет солнце — свежеуложенный бетон следует оградить от воздействия солнечных лучей (чтобы влага не испарялась быстро) и регулярно поливать его на протяжении нескольких дней (иначе по поверхности могут «пойти» трещины).

Кроме того, важна и правильная укладка бетона. К сожалению, трамбовке (виброукладке) на стройках не всегда уделяют достаточное внимание, в результате может проявиться брак в виде тех же трещин.

Протько Н. С.:

Образование трещин в бетоне монолитных конструкций может происходить при наличии следующих деформаций:

– за счет влажностной усадки;

– температурных (для массивных конструкций);

– за счет химической усадки.

Для исключения влажностной усадки следует после окончания бетонирования обеспечить влажностный уход за бетоном путем полива поверхности водой и укрытия пленкой в течение не менее 7 суток.

Температурные деформации происходят при наличии разницы температур между центром бетонной конструкции и ее поверхностью, превышающей 15–17 градусов на начальной стадии твердения. Повышение температуры бетона обусловлено экзотермической реакцией твердения цемента. Для снижения температуры бетона в составе бетонной смеси рекомендуется: минимизировать расход цемента, вводить замедлители твердения, использовать цементы с замедленным набором прочности в начальные сроки твердения.

Для исключения температурных деформаций необходимо осуществлять контроль температуры твердения в центре конструкции и на ее поверхности, корректировать время распалубки и т. д.

Для исключения деформаций за счет химической усадки в состав бетона могут вводить расширяющую добавку, которая будет способствовать компенсации усадочных деформаций.

Камера нормального твердения. Здесь хранятся и «вызревают» образцы бетонов, отгруженных клиентам, для последующей проверки качества.