Тяжелый бетон: расчет состава, виды и классы, основные свойства

Методы оценки прочности растворных швов каменной кладки при сжатии

Механические свойства соединительного шва должны быть близки к свойствам испытываемого раствора. В соответствии с данным методом испытаний прочность раствора при сжатии определяется по формуле (6).

Образцы раствора могут также иметь форму цилиндров, изготовленных из высверленных из раствора 3-4 круглых пластин диаметром 50-60мм и склеенных между собой гипсовым раствором (рис. 3).

Необходимо отметить, что объем приготовленных таким образом образцов близок к объему стандартных образцов раствора (половин балочек размерами 40×40×160мм).

Прочность кладочного раствора при сжатии f_mопределяется по формуле (6), в которой A = d ⋅b (d – диаметр образца, b – его длина).

Разновидности

Среди подобных составов выделяют особо тяжелый бетон, а также смесь средней тяжести. Под особо тяжелым бетоном понимается состав, наполнителями коего являются такие добавки:

гематит;
магнетит;
металлический скрап;
барит;
лимонит.

Плотность в таких бетонах составляет больше, чем 2500 кг/м3.

Также в особо тяжелую смесь добавляют:

глиноземистый цемент;
обычный портландцемент;
шлакопортландцемент;
пуццолановый портландцемент;
гипсоглиноземистый набухающий цементный песок.

Тяжелым бетоном называется только тот, удельная масса которого определяется от 1600 до 2500 кг на куб. метр.

К подобного рода бетонам во время стройки предъявляются некоторые условия. Самый малый уровень крепости на сдавливание ингредиентов раствора составляет:

скрап, магнетит – по 200 МПа;
лимонит, гематит – по 35 МПа;
барит – 40 МПа.

Наличие полуторных оксидов в барите – максимум 1% от общей численности наполнителей. Абсорбция воды:

магнетита, барита – 1-2% от массы;
лимонита и гематита – 9 -10%.

Обычный тяжелый бетон чаще всего применяется при строительстве. Его заполнителями являются горные минералы:

гранитный песок;
диабаз;
известняк;
щебенка.

Такого рода бетону присуща концентрация 1600-2500 кг/м3.

У материала средней тяжести имеется несколько подвидов:

смесь для железобетонных сооружений сборного типа;
строительный материал с повышенной прочностью;
быстро застывающий раствор;
состав на мелком песке;
строительный материал для сооружений гидротехнического направления;
раствор для покрытия дорог, аэродромных площадок, взлетных полос;
смесь с тонкомолотыми примесями;
состав с небольшим количеством щебня;
литой строительный материал;
раствор с поверхностно-активными добавочными веществами.

Состав стройматериала

Состав тяжелых бетонов включает в себя воду, не содержащую кислоты и примеси, портландцемент, чистый песок, наполнитель и специальные добавки. Что касается наполнителей, то здесь это плотные горные породы типа щебня, полевошпатного песка, известняка, гравия или кварцевого песка. Прочность и плотность обеспечиваются за счет определенной марки, как и обычном бетоне. Также на эти показатели влияют условия и сроки отведения, а также активность портландцемента. С составом мы разобрались, теперь стоит рассмотреть основные пропорции, которые применяются в строительстве.

Соотношения ингредиентов

Существует основной «рецепт», которым пользуются практически все строители: 1 часть цемента, 2 части песка, 4 части наполнителя и 0,8-1 части воды. Цемент должен иметь марку с высоким индексом, песок используется крупнозернистый. При необходимости соотношения меняются, но обычно мастера рассчитывают, сколько нужно цементной смеси на один кубический метр.

В таблице ниже указаны различные классы, индекс которых зависит от соотношения и количества ингредиентов:

Процесс приготовления бетона

Рассмотрим процесс приготовления 100 кг бетонной смеси. Для него необходимо подготовить следующий состав:

Цемент 30 кг.
Песок 70 кг.
Щебень 100 кг.

Первое что необходимо сделать, это смешать все сухие составляющие, то есть песок, цемент и щебень до однородной массы. Затем можно постепенно вливать воду, пока смесь не получиться нужной консистенции. Зачастую бетонный раствор напоминает “густой творог” и не растекается.

В заключение нужно сказать, что для получения высококачественного бетонного раствора необходимо уделять большое внимание его составляющим, в особенности, если бетон заказывается на заводе, поскольку на сегодняшний день существует достаточно много недобросовестных производителей. Цена бетона напрямую зависит от цены всех компонентов, и если стоимость раствора занижена, это может означать только то, что в процессе его изготовления используются дешевые материалы

Расшифровка аббревиатур в марках бетона

В перечень основных характеристик бетона любой марки определенного класса входит не только прочность, но и подвижность, морозостойкость и гидрофобность. Последнее свойство марок бетона или водонепроницаемость имеет обозначение W. Расшифровка с условным обозначением М-200 В15/П3/F50/W2 показывает, что бетон марки М200 по ГОСТу имеет класс В15, подвижность П3, морозостойкость F50 и водонепроницаемость W2.

В — это показатель однородности смеси, представляющей собой важную техническую характеристику. Класс по ГОСТу означает прочность материала, оценка которой основана на проведении испытаний образцов состава. Это свойство зависит от качества цемента и наполнителей, соблюдения пропорций приготовления бетона определенной марки и прочности.

П — это обозначение подвижности, стандартный показатель которой по ГОСТу составляет П2 или П3. Если опалубка слишком узкая, то подвижность должна быть П4 и выше, чтобы он растекался лучше. Марки бетона с такой характеристикой не требуют утрамбовки, воздушные пузыри в нем не образуется.

F — это показатель, характеризующий свойство морозостойкости, поэтому цифра показывает число циклов замораживания/размораживания. Согласно ГОСТ это значение определяет предел сохранения прочности при прохождении бетоном циклов оттаивания с последующим замораживанием. Показатель учитывает наличие влаги в структуре состава. Морозостойкость по ГОСТу может быть следующих марок: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

W — это обозначение водонепроницаемости, характеризующей по ГОСТу способность бетона определенной марки препятствовать под давлением проникновению воды в структуру монолита. Индекс в пределах 2—20 можно корректировать при добавлении в раствор уплотняющих добавок или гидрофобного цемента, повышающих водонепроницаемость бетона.

Для повышения гидростойкости в бетон при его приготовлении в кустарных условиях, строители также добавляют жидкое стекло, однако полную гидроизоляцию оно все же не дает, и носит больше условный характер. Кроме того жидкое стекло дает эффект быстрого схватывания, а вместе с тем и возможного, некоторого снижения прочности бетона, поэтому с этой добавкой нужно быть осторожнее.

Марки тяжелых бетонов

Тяжелый бетон можно разделить на несколько видов, которые зависят от целей применения:

дорожный – используют на трассах и в условиях, где бетон должен эксплуатироваться при высоких нагрузках;
гидротехнический – такой вид бетона используется в условия повышенной влажности;
литой – в состав входят пластификаторы и цемент, который застывает гораздо быстрее, чем стандартные марки;
железобетонный – используется для изготовления железобетонных блоков и перекрытий.

В редких случаях используют кислотоупорный, жаростойкий и высокопрочный тяжелый бетон. Что касается класса стройматериала, то этот показатель должен варьироваться между 95% и 100%. В документации ГОСТ обычно обозначается индексом 0,95. Ниже рассмотрены основные марки тяжелых бетонов, так как по ним строителям проще ориентироваться.

Индекс марки в первую очередь зависит от показателя прочности на сжатия, а также от осевого растяжения. Итак, тяжелый бетон делится на следующие марки:

М50 и М100 – имеют низкую прочность на сжатие, поэтому используются только для работ при ландшафтном обустройстве;
М150 – эта марка применяется для изготовления различных отмостков и стяжек;
М200 – без этого бетона, как правило, не проводится ни одна, реставрация площадок, фундаментов и лестниц;
М250 и М300 – оптимальный вариант по стоимости и качеству, который используется для создания монолитных блоков и других бетонных конструкций;
М350 – прочный стройматериал, применяющийся для создания аэродромных плит;
М400 – из тяжелого бетона этой марки строят банковские хранилища, гидросооружения, а также мосты;
М500 и М600 – в основе строительства метро лежат именно эти марки тяжелого бетона.

Марки с более высоким значением (до 800 кгс/м²) тоже существуют, но в современном строительстве они применяются очень редко. Каждый материал для создания тяжелого бетона имеет свои параметры. Чтобы не описывать особенности каждой марки, мы сделали удобную таблицу, где указаны пропорции на бетон:

Оценка прочности касательного сцепления кладочных растворов и угла внутреннего трения

Важными характеристиками, определяющими прочностные и жесткостные свойства каменной кладки при сдвиге, являются ее начальное сопротивление сдвигу (касательное сцепление) и угол внутреннего трения в плоскости горизонтальных растворных швов.

При одновременном действии сдвигающих и сжимающих напряжений прочность кладки при срезе определяется по формуле Кулона-Мора (7):

где f_v0– начальное сопротивление кладки сдвигу в плоскости растворных швов при σ_c=0; σ_c– сжимающие напряжения, действующие перпендикулярно горизонтальным растворным швам;c _j– угол внутреннего трения для растворного шва.

Так как величина сжимающих напряжений σc является переменной, это дает возможность построения графика зависимости «f_v − σ_c» (рис. 7). Прочность на «чистый» срез f_v0 устанавливается путем экстраполяции графика до ординаты σ_c=0.

Варьируя величину угла a, мы получаем возможность изменять значения сдвигающих и сжимающих напряжений, которые определяются по формулам (8, 9).

где F – разрушающая нагрузка;d, b – соответственно диаметр и длина образца (рис. 4);a – угол между направлением действия сжимающей нагрузки и растворным швом.

Состав бетона разных марок

Особо тяжелые бетоны, используемые при строительстве крупных промышленных объектов, обеспечивают биологическую защиту от радиоактивного излучения. Это свойство материалов по ГОСТу позволяет использовать их при строительстве ядерных установок и АЭС. Производство особо тяжелых бетонов основано на продвинутых технологиях с использованием программного обеспечения со строго заданными параметрами.

В состав особо тяжелых смесей повышенной прочности, плотность которых более 2500 кг/м3, по ГОСТу могут входить следующие виды добавок:

барит;
магнетит;
чугунный скрап;
лимонит;
гематит.

Тяжелый бетон по ГОСТу может быть изготовлен с добавлением следующих видов цементов:

шлакопортландцемента;
глиноземистого цемента;
обычного портландцемента;
пуццоланового портландцемента;
гипсоглиноземистого набухающего цементного песка.

Тяжелые бетоны по ГОСТу, имеющие объемную массу свыше 1800 кг/м3, широко применяют для строительства фундаментов, возведения стен зданий, сооружения плотин. Технологический процесс изготовления тяжелых бетонов повышенной прочности согласно ГОСТа основан на обработке сырья под воздействием высоких температур. В качестве крупного наполнителя по ГОСТу в составе тяжелых смесей используют гравий или щебень, а мелкого — природный песок.

В состав марок легких бетонов по ГОСТу 25820-2014 входит пористый наполнитель, что существенно снижает вес материала. Раствор содержит щебень либо гравий без мелкого заполнителя. Легкий ячеистый бетон по ГОСТу 25820-2014 можно получить путем вспенивания цементного теста.

Особо легкие или пенобетоны с наименьшей прочностью имеют сквозную пористую структуру и по ГОСТу состоят из воды, цемента, пенообразующих добавок. В качестве крупного заполнителя может быть использован керамзит, шлак, вермикулит и др. Например, в соответствии с ГОСТом 25214-82 производство силикатного бетона с содержанием воды, неорганических наполнителей и связующего известково-кремниевого вещества требует выдержки температурного режима в пределах 175—190 °C.

Приготовить бетон той или иной марки позволят данные из таблиц пропорций составляющих смеси на основе цемента марок М400 и М500 с добавлением песка и щебня в нужном количестве (см. таблицы 1,2).

Таблица 1

Пропорции цемента М400 (портландцемент), песка и щебня в бетонной смеси

Марка бетона	Массовые состав, Ц:П:Щ (кг)	Объемный состав на 10 л цемента, П:Щ (л)	Количество бетона из 10 л цемента (л)
М100	1:4,6:7,0	41:61	78
М150	1:3,5:5,7	32:50	64
М200	1:2,8:4,8	25:42	54
М250	1:2,1:3,9	19:34	43
М300	1:1,9:3,7	17:32	41
М400	1:1,2:2,7	11:24	31
М450	1:1,1:2,5	10:22	29

Таблица 2

Пропорции портландцемента М500, песка и щебня в бетонной смеси

Марка бетона	Массовые состав, Ц:П:Щ (кг)	Объемный состав на 10 л цемента, П:Щ (л)	Количество бетона из 10 л цемента (л)
М100	1:5,8:8,1	53:71	90
М150	1:4,5:6,6	40:58	73
М200	1:3,5:5,6	32:49	62
М250	1:2,6:4,5	24:39	50
М300	1:2,4:4,3	22:37	47
М400	1:1,6:3,2	14:28	36
М450	1:1,4:2,9	12:25	32

Существуют различные виды пластификаторов, которые добавляют в смесь для придания нужных характеристик. Они позволяют изменить состав раствора, например, жаропрочный бетон исключает применение щебня. Чаще всего используют гипер- и суперпластификаторы, а также замедлители, увеличивающие срок твердения раствора.

Гиперпластификторы нужны для создания пластичного декоративного бетона, а при наличии в смеси противоморозных добавок можно осуществлять строительные работы при отрицательных температурах.

Основа	Цемент (частей/кг)	Щебень (частей/кг)	Песок (частей/кг)	Вода (частей/л)	Объем готового бетона, л
М400	1 / 382	2,8 / 1080	1,9 / 705	0,5-0,6 частей	41
М500	1 / 300	4,3 / 1290	2,4 / 720	0,5-0,6 частей	47

Характеристики по разным классам

Каждый класс, как и каждый вид, обладает своими свойствами и качеством. Согласно ГОСТу есть целая линейка классов раствора, принятая как общемировой стандарт. В эту линейку входят растворы разной классности: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В70; В80; В90; В100. Также ГОСТ допускает промежуточные классы, например, как 27,5

Каждый из указанных видов имеет свой набор свойств, на которые нужно обращать особое внимание при выборе вида бетона. Как правило, все характеристики перечисленных видов указаны в ГОСТе, которым руководствуются при создании раствора указанных классов

Состав и разновидности бетона

Из чего же состоит самый востребованный строительный материал и каковы его свойства?

Состав бетона

«Основной состав» бетона – это цемент (связующий компонент), вода (без нее смесь не «каменеет») и наполнители разной фракции: щебень и песок. Меняя количество и качество ингредиентов можно получить бетон с требуемыми свойствами:

По наполнителю – особо легкие, легкие, облегченные, тяжелые и особо тяжелые. Сфера применения у них разная: от частного строительства до сооружений специального назначения.
По содержанию связующего вещества – тощие (меньше цемента и больше щебня), жирные (с повышенным содержанием цемента) и товарные (стандартное соотношение).
По удобоукладываемости – подвижные, жесткие и сверхжесткие.
Водонепроницаемые.
Морозостойкие.

Различают еще бетоны по структуре (плотная, ячеистая, крупнопористая), по виду связующего вещества (гипс, асфальт, цемент и др.), по условиям схватывания бетонной смеси (естественные условия, с повышенной влажностью, при повышенном давлении).

Но больше всего строителей интересует другой показатель: как прочен материал на сжатие? Для характеристики этого свойства бетона применяют два термина: класс и марка. Марка бетона обозначается цифрой, которая обозначает, при какой нагрузке в килограммах на см2 разрушается контрольный образец-кубик бетона: М50, М400 и т. д.. Термин более распространен, хотя не совсем точно характеризует качество бетона, так как берется усредненный показатель.

Класс – это тот же показатель в МПа (мегапаскаль) с гарантированной вероятностью 95%. Обозначается буквой В. Все проекты указывают прочность бетона в классах.

Подбором ингредиентов можно получить марку бетона от М50 до М1000, что соответствует классам от В3,5 до В80 и даже более.

Рассмотрим некоторые характеристики бетона более подробно.

Классификация и марки бетона

В зависимости от значения показателя плотности, измеряемого в кг/м3, бетоны различных марок классифицированы по ГОСТу 25192-2012, поэтому их принято делить на 4 класса:

Особо тяжелых — более 2500 кг/м3 (железобетон, сталебетон).
Тяжелых — 1800-2500 кг/м3 (полимербетон и бетонополимер).
Легких — 500-1800 кг/м3 (шлако-, пемзобетон, опилкобетон).
Особо легких или теплых — менее 500 кг/м3 (пено- и газобетон).

Теплые и легкие бетоны имеют разную прочность, определяемую ГОСТом 10180-2012. Материалы содержат большое количество воздуха, снижающего уровень теплоотдачи строительной конструкции. Марки легкого бетона носят название тощих. Согласно ГОСТу 25820-2014 разновидности этих марок в зависимости от плотности и прочности бывают следующими:

Теплоизоляционными (менее 500 кг/см3 — марки М10, М15 и М25) — шлакобетон.
Конструкционно-теплоизоляционными (500-1400 кг/см3 — марки М35, М50, М75, М100) — опилкобетон, деревобетон.
Конструкционными (от 1500 кг/см3 — марки М150 и М200) — полистиролбетон, керамзитобетон.

ГОСТ 25192-2012 регулирует сферу применения перечисленных выше марок растворов, связанную со строительством малоэтажных жилых домов, утеплением зданий, звуко- и теплоизоляцией стен и полов в помещениях.

Марка М200 — это самый универсальный бетон, имеющий по ГОСТу прочность, подходящую для создания подбетонки, железобетонных перемычек, круглых колодцев, слоя под тротуарную плитку, фундаментов под легкие частные одноэтажные дома, черновой стяжки полов по грунту.

Марка М150 — это недорогой бетон меньшей прочности, позволяющий ремонтировать дорожные покрытия, использовать для стяжки пола по грунту.

Марка бетона в соответствии с ГОСТом 25192-2012 имеет индекс, который показывает уровень прочности, т. е. возможной нагрузки на каждый сантиметр площади монолита. Латинская буква М перед определенным числом обозначает предел на сжатие образца определенной марки. Например, по прочности марка М50 соответствует классу В3,5, а марка М1000 — В80, т. е. по ГОСТУ 25192-2012 марка зависит от классов состава, обозначаемых буквой В с числом от 3,5 до 80, общее количество которых составляет 21, но более популярны из них только 10.

Для обозначения материала по прочности марка используется чаще, чем класс. Если бетон имеет прочность, которая соответствует классу В40, то монолит способен выдержать давление в 40 МПа. Прочность раствора согласно ГОСТу 25192-2012 требует определенного запаса 25%, поэтому показатель допустимого давления при выборе марки должен быть снижен до 30МПа. Класс материала по ГОСТу зависит не только от марки по прочности, но и от показателей морозостойкости, сопротивляемости высоким температурам, влагостойкости.

Уплотнение

Уплотнение бетонной смеси обычно проводиться с помощью вибрирования.

Грамотная технология бетона подразумевает наличие процесса уплотнения. Признаком хорошего бетона является плотная структура. Без уплотнения бетон не может достичь свойств жесткого бетона

Чтобы получить качественный бетон, важно выбрать способ уплотнения. Эффективный и самый популярный способ уплотнения монолитного бетона — вибрирование. Оно уменьшает сцепление между зернами бетонной смеси, и она приобретает свойства вязкой тяжелой жидкости

В завершение вибрирования прочность структуры возобновляется

Оно уменьшает сцепление между зернами бетонной смеси, и она приобретает свойства вязкой тяжелой жидкости. В завершение вибрирования прочность структуры возобновляется.

Под воздействием вибрирования бетонная смесь разжижается, приобретая повышенную текучесть и подвижность. В таком виде она лучше заполняет опалубку и распределяется в ней, включая пространство между арматурными стержнями. При применении вибрации получают более прочные рабочие швы и лучшие поверхности бетона, хорошее сцепление нового слоя бетона с ранее уложенным, арматурой. Не следует использовать вибраторы для перемещения бетонной смеси на большие расстояния в горизонтальном направлении. Необходимо разгружать бетонную смесь как можно ближе от места ее укладки, разравнивать слоями и потом производить вибрацию. Чтобы обеспечить гладкую поверхность и уменьшить образование пор на поверхностях, прилегающих к опалубке, перед вибрированием производят штыкование или трамбование бетонной смеси.

Самостоятельное изготовление цемента

Для изготовления бетонной смеси самостоятельно, нужно знать пропорции. Пропорции для изготовления более подробно и наглядно распишем в таблице.

Марка бетона	Марка цемента	Соотношение частей по массе, кг	Объемное соотношение, л
Цемент	Песок	Щебень	Цемент	Песок	Щебень
М-200	М-400	1	2,8	4,8	10	25	42
М-500	1	3,5	5,6	10	32	49
М-300	М-400	1	1,9	3,7	10	17	32
М-500	1	2,4	4,3	10	22	37
М-400	М-400	1	1,2	2,7	10	11	24
М-500	1	1,6	3,2	10	14	28
М-500	М-400	1	1,1	2,5	10	10	22
М-500	1	1,4	2,9	10	12	25

Выбирая марку бетона вы должны разумно выбирать подходящую вам смесь. Если ваша задача обновить сооружение на дачном участке или изменить расположение дорожек, вам подойдут более дешевые марки бетона. Они отлично справятся с вашей задачей, прослужив вам не один год

Важно при покупке проверять поставщика, не попадаться на удочку недобросовестных продавцов. Разумно оценивайте стоимость продукта, заниженные цены должны заставить вас задуматься, все ли с этим товаром в норме

Заливка тощим бетоном

Цена бетонной подготовки под фундамент занимает среднее положение между предыдущими. При этом прочность подбетонки гораздо выше подушки из щебня.

После заливки тощим бетоном грунт не проседает, и строение максимально надежно фиксируется. Толщина бетонной подготовки под фундамент согласно СНиП колеблется в пределах 15 — 30 см.

Данный показатель определяется исходя из следующих параметров:

типа почвы,
уровня грунтовых вод,
массы возводимого здания.

Тощим бетоном называют раствор, состоящий из 6 % цемента марки М100 прочностью В15 с заполнителями из щебня и песка. Специфика состава и минимум компонентов способствует быстрой гидратации смеси.

Рецепт состава для подбетонки на 1 м 3 :

цемент — 275 кг,
песок — 590 кг,
щебень — 1377 кг,
вода — 165 л.

При необходимости усилить морозоустойчивость или влагонепроницаемость прослойки в состав водятся добавки и пластификаторы. Время подготовки раствора должно быть не более 5 минут.

Из чего состоит легкий, тяжелый и сверхтяжелый бетон

Разность плотности достигается за счет наполнителей.

Легкий бетон — чаще всего в качестве наполнителя используется шлак, пемза и керамзит. Данный вид бетона идеален для заливки стен, ограждений и производство блоков для частного дома.

Тяжелый бетон — самая распространенная смесь, плотность достигается за счет гранитной крошки или щебня. Используется повсеместно. Например в строительстве монолитных домов для заливки силового каркаса или перекрытий. Для строительства дорого, производства свай и тд.

Сверхтяжелый бетон — в качестве наполнителя используется гравий мелкой фракции, песок и другие материалы. Узкоспециализированный состав, чаще всего используется в военной промышленности и при строительстве высоток.

Вывод: Чем плотнее бетон, тем он крепче и тяжелее.

Бетон м-250 в срезе

Основы технологии тяжелого бетона

Методы оценки прочности растворных швов каменной кладки при сжатии

Разновидности