Основные физико-механические свойства бетона

Смесь, которая затвердела в результате соединения цемента, воды и заполнителя (песка, глины, извести) называют бетоном.

Для получения необходимой прочности и качества бетона, используют цемент определенной марки, воду и просеянный чистый заполнитель. В результате соединения этих компонентов образуется масса разной консистенции.

Густота массы бетона

Жесткая, подобная влажной земле масса бетона, нуждается в сильном уплотнении. Пластичная и густая – в незначительном уплотнении. Литая масса бетона – самотеком заполняет то место или форму, в котор ую ее наливают.

Густота бетонной смеси зависит непосредственно от количества добавленной в нее воды. Все пропорции компонентов должны быть в четком соотношении, поскольку от переизбытка воды масса бетона может расслоиться, что существенно снижает прочность раствора. Если сухие ингредиенты и воду добавлять одновременно, не меняя соотношений между ними, прочность бетона останется неизменной, и он приобретет свои укрепляющие свойства.

Армированный бетон

Бетон – это смесь, способная выдерживать сильное сжатие, но при растяжке имеет свойства растрескиваться. Часто, для повышения прочности бетона используют металлические стержни (арматуру), которая укрепляет бетон, превращая его в железобетон высокой прочности. Такая прочность достигается за счет того, что коэффициент расширения бетона и металла практически одинаковый, что делает их сцепление очень крепким. На прочность такого соединения и несущую способность железобетона непосредственно влияет правильная укладка армирующих стержней.

Наилучшим способом установки арматуры считается ее равномерное распределение и сваривание в каркас по всей площади бетона. Армирующие стержни всегда размещают внутри массы бетона, на приблизительном расстоянии 5 см от края бетонной конструкции.

Если доверить дело специалистам, то правильное соединение и соотношение массы бетона и стальной арматуры создаст прочную конструкцию, способную выдержать очень высокие нагрузки и вес практически любого здания.

Оптимальная консистенция

Консистенцию массы бетона измеряют с помощью специального металлического конуса с гладкой внутренней поверхностью.

Такой конус соответствует определенным размерам: высота – более 30 см , ширина – 20 см (у нижнего основания) и 10 см (у верхнего основания).

У основания конус имеет упоры (лапки и скобы), которые удерживают его на горизонтальной поверхности, а сбоку конус, оснащенный двумя ручками-держателями.

Процедура определения консистенции бетона с помощью конуса проходит поэтапно. Первым делом на поверхность устанавливают конус и заполняют его несколькими слоями бетона, каждый из которых протыкают арматурным стержнем (так называемое штыкование). После этого всю лишнюю бетонную массу убирают вровень с краями заполненной бетоном конструкции, но при этом оставляют конус на месте для того, чтобы после медленного оседания бетона, освободившееся пространство вновь могло заполниться им. К верхнему краю конуса прикладывают измеритель с сантиметровым делением, которым определяют расстояние осевшей массы. Чем меньшим окажется это расстояние, тем меньше усадка бетона и гуще его консистенция.

Сравнение усадки бетона:

• жесткая масса – от 0 до 2 см;
• пластичная масса – от 6 до 14 см;
• литая масса – от 17 до 22 см.

Для повышения прочности бетонной конструкции, лучше всего использовать густой бетон с осадкой конуса до 6 см . Но более качественного уплотнения бетонной массы можно достичь в габаритных конструкциях с небольшим количеством арматуры. Другими словами, чем больше площадь, предназначенная для заполнения бетоном и арматурой, тем пластичнее должна быть масса бетона.

Стандарты и нормы консистенции бетона с осадкой конуса (см):

• армированная основа под фундамент и черновой пол (2- 3 см );
• габаритные неармированные или частично армированные конструкции (3- 6 см );
• среднеармированные конструкции (колонны, балки и др.) (8- 12 см );
• тонкие конструкции (армированные стены, элементы малых сечений) (12- 14 см ).

Чем заполняют бетонную массу?

Бетон заполняют песком, гравием и щебнем различной зернистости для того, чтобы в общей массе не было пустот. Здесь также существуют определенные стандарты, которыми регламентируется, что объем пустого пространства не должен превышать:

• в песке – 37%;
• в гравии – 45%;
• в щебне – 50%.

Эту величину измеряют таким образом: сначала всю смесь или отдельные ее заполнители насыпают в емкость объемом 10 л и не уплотняют, затем, до краев емкости добавляют воду и по ее количеству определяют пустоты. Например, если в емкость поместилось 4 л воды, то объем пустого пространства составляет 40% от общей массы.

Бетон заполняют материалами, просеянными через обычное сито. Крупные ячейки сита (диаметром 5, 10, 20, 40 или 80 мм ) предназначены для просеивания щебня и гравия, ячейки с диаметром 0,15- 5 мм – для песка. Частички смеси (зерна), которые не просеялись и остались в сите называют фракцией заполнителя.

Готовим заполнитель

Основные способы приготовления заполнителя для бетонного раствора:

- заполнитель, с частицами размером 40 мм .

Для приготовления такого заполнителя необходимо сито с диаметром ячеек 40 мм , через которое просеивают гравий и щебень.

Те элементы, которые остались сверху сита и не прошли через его отверстия называют верхним остатком, а то, что прошло, просеивают дальше, с помощью сита с меньшими ячейками ( 20 мм ). То, что не просеялось через второе сито, называют первой фракцией, а то, что просеялось через сито с 10 мм ячейками – второй фракцией. Далее используют более мелкое сито, с ячейками 5 мм . Результат такого просеивания – третья фракция заполнителя и нижний остаток.

Для приготовления крупнозернистой бетонной смеси используют 5% верхнего и нижнего остатков просеянного сухого заполнителя и 30% от всех фракций;

- заполнитель, с частицами размером 20 мм .

Способ получения заполнителя такого размера отличается от предыдущего тем, что просеивание щебня или гравия начинается с сита диаметром ячеек 20 мм и заканчивается ситом диаметром ячеек 3 мм .

Песок, и подобные его зернистости материалы, просеивают через сита с наименьшим диаметром (0,3- 2,5 мм ).

Именно таким образом определяют зерновой состав щебня или гравия. Для того чтобы равномерно распределить зернистые материалы по всему объему массы бетона, необходимо отмерить точные пропорции разных фракций и перемешать полученную смесь.

Для бетонных конструкций и деталей наименьшего размера, зернистость заполнителя не должна превышать 1/4 их размера. Для тонких бетонных плит этот показатель должен составлять 1/3 или 1/2 от толщины плиты. Максимальная зернистость наполнителя для армированных железобетонных конструкций должна составлять не более 40 мм (допустимым считают 20 мм ).

Подготовка массы раствора предусматривает подбор цемента определенной марки, которая должна превышать марку бетона в среднем в 2-3 раза. Например, для получения бетона марки 160, оптимальной станет марка цемента не менее 400.

Следует знать!

Важно контролировать количество цемента в бетонной массе, поскольку его переизбыток или недостаток могут привести к негативным последствиям. Если в составе бетона слишком много цемента – это считается перерасходом, если же наоборот, то снижается плотность, атмосферостойкость и водонепроницаемость бетона.

Масса бетонной смеси имеет свойство уменьшаться в объеме в процессе приготовления. Например, из 1 м³ готовой сухой смеси может остаться всего 0,6- 0,7 м³ готовой к использованию бетонной массы.

Есть еще один нюанс, который нужно взять на заметку. Если умело и грамотно подобрать зернистость составных компонентов заполнителя, можно получить бетонную массу одной марки, при разном содержании цемента в ее составе.