Самостоятельный подбор состава бетонной смеси на объекте

Возводя небольшие частные постройки типа гаража или хозблока, бетонируя двор или фундамент для забора, чаще всего приходится изготавливать бетон непосредственно на стройке. И чтобы его качество оказалось не хуже, чем у БСГ, сделанной на растворобетонном узле, нужно знать, по какому принципу производится подбор состава бетонной смеси.

Вяжущее вещество – главный компонент

Для состава бетонной смеси обычного бетона в качестве вяжущего используют портландцемент, изготавливаемый из спекаемых при высоких температурах зёрен клинкера и известняка путём тонкого помола. Дабы отрегулировать сроки схватывания цемента, к его ингредиентам при помоле добавляют порядка 2-3% гипсового камня.

• Цемент выпускается в простой форме, без добавок — либо в него вводятся активные добавки минерального происхождения, призванные придать определённые физические свойства. Основным показателем цемента является прочность сделанного из раствора образца возрастом 28 суток, подвергающегося сжатию на прессе. Именно по прочности на сжатие и маркируют цемент: М300; М400; М500 и т.д.
• К этой марке присоединяется и буквенно-цифровое обозначение, показывающее наличие добавок и некоторых его физических свойств. При отсутствии добавок к марке присоединено Д0, а Д5 или Д20 обозначают не только наличие добавок, но и их процентное содержание.
• Есть и другие обозначения, например: Б – быстротвердеющий; ПЛ или ГФ – пластифицированный; Н – на основе клинкера с нормированным составом (такой чаще используется в дорожном строительстве). Соответственно, полная маркировка цемента может выглядеть так: ПЦ 500 – Д5 – Б – ПЛ, и указан ГОСТ 10178, который и регламентирует производство цемента в РФ.

• Будучи затворённым водой, цемент начинает быстро затвердевать и набирать прочность, связывая порядка 20-25% влаги по сравнению со своей массой. Уже через 35-45 минут раствор утрачивает пластичность, а через 9-10 часов наступает затвердевание и начинается набор прочности.
• В нормальных для бетона условиях (почти стопроцентной влажности и температуре не ниже +20 градусов), монолит уже к седьмому дню наберёт минимум 70% прочности. При необходимости схватывание можно и ускорить, введя в состав смеси хлористый кальций. В процессе твердения бетонный монолит даёт усадку 1-2 мм/м.
• Прочность цемента, заявленная производителем на упаковке, сохраняется только в течение двух месяцев со дня изготовления партии. Если создать нормальные условия для хранения, за первые 3 месяца будет утрачено 20% прочности, за полгода 30%, и 40% за год.

Важно: Используя долго хранившийся цемент, его количество нужно увеличивать в соответствии с утраченной прочностью. То есть, если минимальное содержание портландцемента в кубометре бетона В15(М200) 240 кг, после трёхмесячного хранения нужно добавлять на 20% больше — 290 кг. Перемешивать смесь на лежалом цементе в бетономешалке нужно в 4 раза дольше (не 2,5 минуты, а 10 минут).

Как выбирать заполнители для состава бетонной смеси

Общий объём бетона на 80% занят твёрдыми заполнителями, за счёт которых уменьшается расход недешёвого цемента, снижается усадка и повышается прочность получаемого камня. Твердые заполнители могут быть рядовыми, то есть представлять собой смесь зёрен разного размера. Но чаще применяют фракционированные варианты, зёрна которых имеют примерно одинаковый размер.

Слово «примерно» используется потому, что подбирать наполнитель с совершенно одинаковыми зёрнами слишком затруднительно. Именно поэтому используется и песок, и щебень: чтобы крупный заполнитель по максимуму обеспечил плотность цементной смеси, а мелкий мог заполнить остаточные пустоты (окончательное уплотнение производится уже путём вибрирования). Соотношение крупного и мелкого заполнителя в общей массе примерно 70:30% соответственно.

Крупный заполнитель

В качестве крупного наполнителя для бетона может использоваться как щебень, так и гравий. Гравий образуется в результате естественного разрушения пород при выветривании или воздействии с водой, и состоит из округлых зёрен. Щебень получают путём механического дробления горных пород, он имеет прямолинейные геометрические формы.

Мельчат породу ударным воздействием или раздавливанием. Если на ударных дробилках щебень получается кубовидным (идеальная форма для бетона), то во втором случае образуется много частиц в форме иголок или пластинок. По их процентному содержанию определяется такой показатель, как лещадность.

Всего есть 4 группы лещадности щебня:

1. До 10%.
2. 10-15%.
3. 15-25%.
4. 25-35%.

Важно: Щебень с высоким процентом игловатых частиц годится разве что для дренажных работ. Для изготовления бетона следует брать только материал первой или второй группы лещадности – то есть, с максимальным содержанием кубовидных зёрен.

И щебень, и гравий может быть как фракционированным, так и рядовым, содержащим зёрна самого разного размера. Выбор между ними осуществляется в зависимости от назначения конструкции. Гравий из-за округлых форм хуже сцепляется с цементным камнем, поэтому делать с ним бетон для ответственных конструкций не рекомендуется.

Гравийный бетон может быть использован при возведении лёгких надворных построек, полов по грунту, уличных террас и площадок. Во всех остальных случаях бетон делают на щебне, причём его марка по прочности на сжатие тоже регламентируется. Всё зависит от класса бетонной смеси, которую требуется получить. Если же в неё всё-таки закладывается гравий, то его прочностные показатели должны быть на порядок выше.

Соответствие марок крупного заполнителя маркам бетонной смеси можно видеть в таблице:

По фракциям щебень делится так:

1. 5-10 мм;
2. 10-20 мм;
3. 20-40 мм;
4. 40-70 мм.

Для заливки монолитных фундаментов и перекрытий нужно использовать заполнители крупной фракции. Обладая наименьшей удельной поверхностью, он оказывает меньше воздействия на цементное тесто, обеспечивает удобоукладываемость бетонной смеси и хорошую подвижность.

По существующим нормативам в бетонной смеси, из которой изготавливают несущие конструкции, должно быть две разных фракции щебня, если максимальная величина зерна 40 мм. При максимальной величине зерна 70 мм необходимо смешивать три фракции. Какой именно вариант предпочесть, решают в зависимости от особенностей армирования конструкции: максимально крупные фрагменты в бетоне должны составлять не более двух третей наименьшего расстояния между продольной арматурой.

Примечание: Чтобы глинистая оболочка на загрязнённом щебне не снижала его сцепление с цементным монолитом, крупный наполнитель перед закладкой в бетон лучше промыть струёй воды.

Существуют так же мелкозернистые бетоны, которые замешивают с применением щебня самой мелкой фракции. В основном такие смеси применяют для заливки монолитных участков фундаментов, собираемых из блоков ФБС; для выравнивания кривых поверхностей фундаментов; заливки полов, армопоясов и арочных элементов проёмов; формирования элементов зданий с густо располагающейся арматурой.

Мелкий заполнитель состава бетонной смеси

Согласно стандарту песок для бетона тоже можно использовать как естественный, так и дроблёный в виде отсева, с крупностью зёрен до 5 мм. Мелкий заполнитель должен соответствовать следующим требованиям:

1. По плотности: 2000 — 2800 кг/м3.
2. По модулю крупности: МК 2,1 — 3,25.
3. По пустотности – должно быть меньше 38% (иначе расходуется больше цемента), но оптимально 30%.

Чем выше требуемая прочность бетона, тем более мелкий песок должен закладываться в смесь. Например, для бетона класса В30 (М400) можно брать песок фракции 0,16 мм, смешивая его с 5% отсева. Минимальная плотность песка составляет 1400 кг/м3. При наличии загрязнений илом или глиной песок тоже должен промываться.

Примечание: Мыть песок в условиях строительного объекта довольно сложно. Покупать нужно уже чистый материал, вымытый на карьере с помощью барабанной или шнековой пескомоечной машины.

Массовое соотношение сухих ингредиентов состава бетонной смеси

Чем ниже марка используемого цемента, тем больше его требуется, чтобы обеспечить монолиту тот или иной класс прочности. Самый ходовой цемент для изготовления бетонных смесей в условиях стройплощадки – М400 Д0, и вот какие пропорции наполнителей на одну его часть следует закладывать:

• B7,5 (М100) 1: 4,6: 7,0
• В12,5 (М150) 1: 3,5: 5,7
• B15 (М200) 1: 2,8: 4,8
• B20 (М250) 1: 2,1: 3,9
• B22,5 (М300) 1: 1,9: 3,7
• B25 (М350) 1: 1,6: 2,7
• B30 (М400) 1: 1,2: 2,7
• B35 (М450) 1: 1,1: 2,5

Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения

Вода — очень важный ингредиент бетона, и необходимо чтобы она была чистой, без агрессивных компонентов и веществ, способных снизить адгезию компонентов внутри монолита (нефтепродуктов, масел, сахаров, фенолов).

• Как уже было сказано выше, цемент связывает только часть воды (четверть от собственной массы), однако её добавляют в раствор вдвое-втрое больше, что необходимо для пластичности.
• Та вода, что не вступила в реакцию с вяжущим, остаётся в бетоне, образуя по мере испарения поры и капилляры. Они ослабляют бетон, делая его менее плотным, прочным и морозоустойчивым, поэтому соблюдать водоцементное соотношение при затворении смеси очень важно.
• Чем выше марка затворяемого бетона (особенно по морозостойкости), тем меньшим должно быть соотношение В/Ц. Если нужно получить монолит с маркой морозостойкости F150, коэффициент В/Ц может составить 0,6, а если F400 – то не более 0,4.
• Малый процент воды добавляется в виды состава бетонной смеси, из которых делают материалы, эксплуатирующиеся с нагрузкой – например: тротуарную или фасадную плитку. Максимальное количество воды (до 70%) добавляется в бетон для заливки фундаментов, чтобы достичь необходимой удобоукладываемости.

Так как вода определяет плотность цементного камня, водоцементное соотношение не может не влиять и на такой показатель, как водопроницаемость. При соотношении В/Ц 0,6 получится только марка W4, а чтобы получить водонепроницаемый бетон марки W8, воды может быть добавлено не более 45%. Кстати, бетон с более низким В/Ц в первые же сутки набирает в два раза больший уровень прочности.

Заключение

На характеристики готового бетона влияет не только вода из состава бетонной смеси, но и влажность окружающей среды. Именно поэтому в жаркую погоду монолит нужно оберегать от пересыхания, поливая водой, и укрывая полиэтиленом. При слишком быстрой потере бетоном влаги в монолите возникают микротрещины и сильнее усадка, а прочность, набранная в течение первых 12 часов после заливки втрое ниже, чем у массива, закрытого плёнкой.