Бетон, раствор

ПРО БЕТОН

ИЗГОТОВЛЕНИЕ
Цементобетон производится смешиванием цемента, песка, щебня и воды (соотношение их зависит от марки цемента, фракции и влажности песка и щебня), а также небольших количеств добавок (пластификаторы, гидрофобизаторы, и т.д.). Цемент и вода являются главными связующими компонентами при производстве бетона. Например, при применении цемента марки 400 для производства бетона марки 200 используется соотношение 1:3:5:0,5. Если же применяется цемент марки 500, то при этом условном соотношении получается бетон марки 350. Соотношение воды и цемента («водоцементное соотношение», «водоцементный модуль»; обозначается «В/Ц») — важная характеристика бетона. От этого соотношения напрямую зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон. Теоретически для гидратации цемента достаточно В/Ц = 0,2, однако у такого бетона слишком низкая пластичность, поэтому на практике используются В/Ц = 0,3—0,5.
Распространенной ошибкой при кустарном производстве бетона является чрезмерное добавление воды, которое увеличивает подвижность бетона, но в несколько раз снижает его прочность, потому очень важно точно соблюсти водоцементное соотношение, которое рассчитывается по таблицам в зависимости от используемой марки цемента.

ВИДЫ БЕТОНА
Согласно ГОСТ 25192-82, классификация бетонов производится по основному назначению, виду вяжущего, виду заполнителей, структуре и условиям твердения.
По назначению различают бетоны обычные (для промышленных и гражданских зданий) и специальные — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, а также бетоны специального назначения (химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений и др.).
По виду вяжущего вещества различают цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, асфальтобетон, пластобетон (полимербетон) и др.

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.
По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.
По условиям твердения бетоны подразделяют на твердевшие в естественных условиях, в условиях тепловлажностной обработки при атмосферном давлении, в условиях тепловлажностной обработки при давлении выше атмосферного (автоклавного твердения).
Дополнительно к классификации ГОСТ 25192-82 используется следующая классификация.
По объёмной массе бетоны подразделяют на:

особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³) — баритовый, магнетитовый, лимонитовый;
тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);
облегченный (плотность 1800—2200 кг/м³);
легкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;
особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);
жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя);
товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

ПОДБОР СОСТАВА БЕТОНА
Стандартная область просеивания песка для подбора состава бетона
Одной из важнейших составляющих бетонной смеси является песок. Для приготовления бетона можно использовать практически любой природный песок. Важнейшим ограничением при использовании природного песка является ограничение на наличие в составе песка глины или глинистых частиц. На прочность бетона мелкие (глинистые) частицы влияют очень сильно. Даже незначительное их количество приводит к существенному снижению прочности бетона. Поэтому при отсутствии природного песка без глинистых частиц имеющийся в наличии песок улучшается (обогащается) с помощью следующих процедур: промывки песка; разделения песка на фракции в потоке воды; выделения из песка нужной фракции; смешивания песка, имеющегося в зоне выполнения работ, с привозным высококачественным песком.
После обогащения и подготовки песок должен удовлетворять условиям, определяемым так называемой стандартной областью просеивания. Зерновой состав, определяемый просеиванием песка через сита с разными отверстиями, должен укладываться в область, показанную на рисунке штрихами. Можно использовать песок с размерами частиц с учетом и незаштрихованной области, но только для бетонов марки 150 и ниже.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА
Прочность на сжатие
Основной показатель, которым характеризуется бетон — прочность на сжатие. По ней устанавливается класс бетона. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение В25 означает, что бетон данного класса в 95 % случаев выдерживает давление 25 МПа. Для расчёта показателя прочности необходимо учитывать и коэффициенты, например, для класса В25 нормативная прочность на сжатие, применяемая в расчетах, — 18,5 МПа. Возраст бетона, отвечающий его классу по прочности на сжатие и осевое растяжение, назначается при проектировании, исходя из возможных реальных сроков загрузки конструкции проектными нагрузками, способа возведения, условий твердения бетона. При отсутствии этих данных класс бетона устанавливается в возрасте 28 суток.
Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающими предел прочности на сжатие в кгс/см². ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %:
Класс бетона по прочности Ближайшая марка бетона по прочности:
B3,5 М50
B5 М75
B7,5 М100
B10 М150
B12,5 М150
B15 М200
B20 М250
B22,5 М300
B25 М350
B27,5 М350
B30 М400
B35 М450
B40 М550
B45 М600
B50 М700
B55 М750
B60 М800
B65 М900
B70 М900
B75 М1000
B80 М1000
Для проверки прочности незатвердевшей смеси используются камеры нормального твердения, проверка прочности готовой конструкции осуществляется с помощью молотков Кашкарова, Физделя или Шмидта.

УДОБОУКЛАДЫВАЕМОСТЬ
Согласно ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», по удобоукладываемости (обозначается буквой «П») различают бетоны:

сверхжесткие (жесткость более 50 секунд);
жесткие (жесткость от 5 до 50 секунд);
подвижные (жесткость менее 4 секунд, подразделяются по осадке конуса).

ГОСТ устанавливает следующие обозначения бетонных смесей по удобоукладываемости:
Марка по удобоукладываемости Норма по жесткости, с Осадка конуса, см
Сверхжесткие смеси

СЖ3 Более 100 -
СЖ2 51—100 -
СЖ1 менее 50 -

Жесткие смеси

Ж4 31—60 -
Ж3 21—30 -
Ж2 11—20 -
Ж1 5—10 -

Подвижные смеси

П1 4 и менее 1—4
П2 - 5—9
П3 - 10—15
П4 - 16—20
П5 - 21 и более

Показатель удобоукладываемости имеет решающее значение при бетонировании с помощью бетононасоса. Для прокачки насосом используют смеси с показателем не ниже П4.

ПРОЧНОСТЬ НА ИЗГИБ
Морозостойкость — обозначается латинской буквой «F» и цифрами 50-1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон.
Водонепроницаемость — обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 20, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки.
Для испытаний бетона на морозостойкость и водонепроницаемость используются испытательные климатические камеры.

ОБОЗНАЧЕНИЕ БЕТОННОЙ СМЕСИ
Согласно ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия», обозначение бетонной смеси должно содержать:

степень готовности;
класс по прочности;
марки по удобоукладываемости, морозостойкости, водонепроницаемости, средней плотности (для легкого бетона);
обозначение стандарта.

Например, готовая к употреблению бетонная смесь тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В25, марки по удобоукладываемости П3, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 должна обозначаться как БСГ В25 П3 F200 W6 ГОСТ 7473-2010. В коммерческой практике принято также выделять в отдельную категорию высокопрочные спецбетоны ВС и бетоны с применением щебня мелкой фракции (т.н. "семечка).

ЗАЩИТА БЕТОНА
Гидроизоляционную защиту бетона подразделяют на первичную и вторичную.
К первичной относят мероприятия, обеспечивающие непроницаемость конструкционного материала сооружения. Ко вторичной — дополнительное покрытие поверхностей конструкций гидроизоляционными материалами (мембранами) со стороны непосредственного воздействия агрессивной среды[6].
Меры первичной защиты предполагают использование материалов, имеющих повышенную коррозионную стойкость в агрессивной среде, а также обеспечивающих низкую проницаемость бетона. К мерам первичной защиты относятся также вопросы выбора рациональных геометрических очертаний и форм конструкций, назначение категорий трещиностойкости и предельно допустимой ширины раскрытия трещин, рассмотрение сочетания нагрузок и определение непродолжительного раскрытия трещин, назначение толщины защитного слоя бетона с учетом его непроницаемости. Также к первичной защите можно отнести применение интегральных капиллярных материалов — гидроизоляция строительными смесями проникающего действия. При этом уплотняется структура бетона и происходит увеличение водонепроницаемости, морозостойкости, прочности на сжатие и коррозионной стойкости на весь срок службы.
Задача вторичной защиты — не допустить или ограничить возможность контакта агрессивной среды и бетона. В качестве вторичной защиты используют обеспыливающие пропитки, тонкослойные покрытия, наливные полы и высоконаполненные покрытия. Чаще всего в качестве связующего материала при производстве полимерных составов применяются эпоксидные, полиуретановые и полиэфирные компоненты. Механизм защиты бетонного основания заключается в уплотнении поверхностного слоя и изоляции поверхности.

ПРО СТРОИТЕЛЬНЫЙ РАСТВОР

Строительным раствором называют материал, получаемый в результате затвердения специально подобранной смеси из неорганического вяжущего вещества, мелкого заполнителя и, при необходимости, специальных добавок. Строительные растворы делят на тяжелые — с плотностью (в сухом состоянии) более 1500 кг/м3 к легкие — до 1500 кг/м3; по виду вяжущего — на цементные, известковые, гипсовые и смешанные (выбор вяжущего зависит от назначения раствора, температурно-влажностного режима твердения и условий эксплуатации здания или сооружения; по назначению — на растворы для каменной кладки, монтажа стен и крупных блоков, отделочные и специальные (жаростойкие, кислотостойкие, инъекционные и т.д.).
Морозостойкость строительных растворов зависит от свойств используемых материалов, их соотношения и условий их твердения. В качестве заполнителей для растворов используют тяжелые и легкие пески. Допускаемое количество глинистых и пылевидных примесей зависит от марки раствора. Наибольшая крупность песка зависит от области применения растворов. Раствор для кирпичной кладки должен иметь наибольшую крупность до 2,5 мм.
В растворах для бутовой кладки, монтажа крупных панелей и железобетонных конструкций допустима наибольшая крупность 5 мм. Основные свойства строительных растворов: удобоукладываемость, подвижность, водоудерживающая способность. Подвижность растворной смеси определяется по глубине погружения металлического стандартного конуса массой 300 г. Чем больше подвижность смеси, тем глубже погружается в нее стандартный конус. Подвижность повышается по мере увеличения содержания воды в смеси, повышения крупности песка и понижения его пустотности. Подвижность растворной смеси выбирают с учетом назначения раствора.
Водоудерживающая способность — способность растворной смеси удерживать в своем составе достаточное количество воды (вода из раствора отсасывается пористым материалом). Растворы с недостаточной удерживающей способностью склонны к расслоению (отделение воды и оседание песка). Водоудерживающая способность к растворению смеси находится в прямой зависимости от правильного соотношения всех составляющих. Составы растворов обычно определяют, используя готовые таблицы, в зависимости от марки и назначения растворов.

Раствор для кладки
Вид и состав растворов для кладки и монтажа зависит от расчетных напряжений и условий эксплуатации кладки. Кладку надземных конструкций обычно выполняют на дешевых вяжущих: известь, известково-шлаковое. Для кладки фундаментов при наличии агрессивных сульфатных вод применяют сульфатостощие цементы. Для монтажа крупноблочных стен — портландцемент. Подвижность растворной смеси выбирают с учетом назначения раствора. Для надземной кладки с влажностью воздуха помещений 60% и кладки фундаментов во влажных грунтах расход цемента в цементно-известковых растворах должен быть не менее 100 кг на 1 м3 песка. В зимних условиях не всегда возможно применять те же составы кладочных растворов, что и летом. К растворам для зимних работ предъявляются следующие требования: при температурах ниже -20°С марку раствора повышают на одну ступень, если нагрузка не превышает 85% от расчетной, и на две ступени, если нагрузка превышает 85% от расчетной. При зимней кирпичной кладке, монтаже стен из панелей и крупных блоков в растворы рекомендуется вводить противоморозные добавки (противоморозные и другие добавки для растворов применяются практически те же, что и для бетонов). Не разрешается применять замерзший, а потом разогретый раствор. Температура кладочного раствора в момент монтажа должна быть не менее 15°С при температуре наружного воздуха до -20°С и не менее 26°С при более низких температурах.

Отделочные растворы
Отделочные растворы существуют двух видов: для обычных штукатурок и декоративные. Эти растворы должны обладать необходимой степенью подвижности, иметь хорошее сцепление с основанием и мало изменяться в объеме при твердении, чтобы не вызвать образования трещин штукатурки. Наибольшая крупность песка штукатурных растворов не должна превышать 2-2,5 мм. Декоративные растворы, применяемые для отделки железобетонных панелей, должны иметь марку не менее М150, а для отделки панелей из легких бетонов — не менее М50, для штукатурки фасадов зданий — не менее М50. Марка отделочных растворов по морозостойкости должна быть не менее Мрз 35. Водопоглощение растворов с заполнителями из кварцевого песка — не более 8%, растворов с заполнителями из пород с пределом прочности ниже 40 МПа — не более 12%. В качестве заполнителей цветных декоративных растворов используют промытый кварцевый песок и песок, получаемый дроблением гранита, мрамора, доломита, туфа и других белых и цветных горных пород. Для наружных штукатурок каменных и бетонных стен с относительной влажностью воздуха до 60% применяют цементно-известковые растворы, а для деревянных и гипсовых поверхностей — известково-гипсовые растворы. Для наружной штукатурки цоколей, поясков, карнизов и других участков стен, подвергающихся систематическому увлажнению, используют цементные и цементно-известковые растворы на портландцементах. Для внутренней штукатурки стен при относительной влажности воздуха до 60% применяют известковые, известково-гипсовые и цементно-известковые растворы. Декоративные растворы используют для отделки лицевых поверхностей панелей и крупных блоков, для цветных штукатурок фасадов зданий, элементов благоустройства и т.п.

Растворы для заполнения швов
Растворы для заполнения швов (стыков) сборных железобетонных конструкций могут быть только цементными. Они должны отвечать следующим требованиям: если на раствор действует расчетная нагрузка, то его марка должна быть не меньше марки бетона соединяемых элементов; если на раствор не действует эта нагрузка, то его марка должна быть не меньше 100; если в шве имеется арматура или стальные закладные детали, раствор не должен содержать добавок, вызывающих коррозию металла (в частности, хлористый кальций).

Цементно-песчаные растворы
Цементно-песчаные растворы, применяемые для полов, должны обладать необходимой прочностью и хорошей подвижностью (11-13 см). Цементно-песчаные растворы, используемые для полов из брусчатки, клинкерного кирпича, бетонных плит, мозаичных и керамических плиток, а также чугунных дырчатых плит должны иметь необходимую прочность и повышенную вязкость. Цементно-песчаный раствор для чистого пола (стяжка) должен иметь марку по прочности не менее 50. Тот же раствор для подготовки под полы должен иметь марку по прочности не менее 150 для полов клинкерных, из брусчатки, бетона или чугуна. Металлоцементные растворы М500 и выше изготавливают из обезжиренной стальной стружки крупностью 1-3 мм, цемента и воды. Цементно-опилочные смеси для устройства основания под полы состоят из портландцемента или ангидридового вяжущего, песка и древесных опилок. Стяжки применяют для выравнивания поверхности нижележащего слоя, укрытия трубопроводов, создания уклона в полах на перекрытиях, распределения нагрузок. В строительной практике в последнее время для устройства полов все чаще применяют полимерные растворы, которые получают затворением цемента водной дисперсией полимера (синтетические латексы). Полы на таких растворах обладают достаточной прочностью, гигиеничностью и высоким сопротивлением износу.

Гидроизоляционные растворы
Гидроизоляционные растворы приготовляют на цементах повышенных марок (не ниже М400). Растворы на водонепроницаемом расширяющем цементе должны выдерживать (через сутки после чеканки шва или стыка) гидростатическое давление в 5 атм. Ориентировочный состав растворов для гидроизоляционной штукатурки 1:2,5 или 1:3,5 (цемент:песок по массе). Для устройства гидроизоляционного слоя, подвергающегося действию агрессивных вод, в качестве вяжущего необходимо применять сульфатостойкий пуццолановый портландцемент. Для заделки трещин в бетоне используют цементные растворы с добавкой алюмината натрия, полимеров или битумных эмульсий.

Акустические растворы
Акустические растворы — это легкие растворы, образующие звукопоглощающую штукатурку, с плотностью 600-1200 кг/м3. Заполнителями в них служат однофракционные пористые пески с крупностью частиц 3-5 мм (пески из перлита, пемзы, керамзита). Раствор после нанесения на стену по всей толще должен иметь открытые поры. Изготавливают акустические растворы на портландцементе, шлакопортландцементной извести, гипсовых вяжущих. Их применяют в качестве звукопоглощающей штукатурки для снижения уровня шума.