Что такое бетон — определение, виды и их применение

Что представляет собой бетон, его разновидности

Бетон, используемый в строительных целях уже несколько тысяч лет, относится к искусственным материалам. Он производится из нескольких компонентов: вяжущей составляющей, заполнителя, воды и добавок, улучшающих эксплуатационные характеристики, и проходит стадии формования и затвердевания.

Марка бетона и класс бетона

Бетон относится к универсальным материалам, сфера использования его — чрезвычайно обширна. Он активно применяется при возведении зданий, ограждений, мостов, дорог, других видов конструкций, а также отдельных изделий, необходимых в строительстве и отделке.

Дoбaвки для уcкopeния твepдeния бетона

Виды бетона

Сегодня производится множество видов каменного материала, что регламентирует ГОСТ 25192*2012, которые могут применяться в различных строительных областях. Классификация бетона производится по нескольким критериям. В зависимости от назначения он может быть конструкционным или специальным. Для твердения могут использоваться естественные условия или тепловая обработка. Также различается материал по истираемости, морозостойкости, водонепроницаемости.

Бетон конструкционный

Таблица. Марки бетона в зависимости от характеристик.

Степень	Истираемость	Морозостойкость	Водонепроницаемость
Низкая	G1	До F50	До W4
Средняя	G2	F50…F300	W4…W12
Высокая	G3	От F300	От W12

Классифицируется еще несколько разновидностей материала по ряду признаков.

Плотность бетона

В зависимости от плотности различают особо легкий, легкий, тяжелый и особо тяжелый искусственный камень. Где используются различные разновидности, наглядно показано на фото.

Таблица классификации бетона

Тип вяжущего компонента

Наиболее распространенный материал производится на основе цемента. Он и называется часто цементобетон. Также в качестве вяжущего могут быть использованы: гипс, известь, шлак или полимеры.

Чем цементобетонные дороги лучше асфальтобетонных

Вид заполнителя

Для производства бетона применяются плотные, пористые и специальные компоненты. В зависимости от типа заполнителя производятся следующие виды строительного материала:

• тяжелый (основными компонентами являются цемент, а также плотные крупный и мелкий наполнитель);
• мелкозернистый (в нем используется плотный мелкий заполнитель);
• арболит (в качестве заполнителя применяется органика: древесная щепа, рисовая солома и т. д.);
• грунтобетон (составной частью смеси является размолотый или гранулированный грунт);
• золобетон (в легком бетоне в качестве заполнителя используют золу);
• полимербетон (в состав входят полимеры и мономеры), а также некоторые другие разновидности.

Что такое арболит

Структура

По тому, какую материал имеет структуру, можно выделить следующие его типы: плотный, поризованный, ячеистый и крупнопористый.

Макроструктура бетона

Помимо этого, бетон может быть армированным (для повышения прочности в его теле размещаются арматурные стержни или сетка). Также выпускается фибробетон. При изготовлении этого материала используются мелкие волокна (фибра), которые могут производиться из стали, полипропилена, целлюлозы, базальта, полиамида и т. д. Такие включения позволяют существенно повысить прочностные характеристики искусственного камня.

Структура фибробетона

Виды тяжелых бетонов

Тяжелые бетоны, начиная с марки м250, имеют плотность более 1800 кг/м3. Если прочность на сжатие состава 262 кг/см2, то может быть определена ближайшая марка, а именно М250. Согласно ГОСТу 25192-2012 индекс указан в обширном перечне марок строительного материала, начиная с М50 и заканчивая М1000. Число стойкости к сжатию материала 262 удобнее обозначить как 250, поэтому в соответствии с ГОСТом условно на упаковке бетона будет указана марка М250.

Область применения тяжелых бетонов по ГОСТу 25192-2012 — это масштабное возведение объектов, включая многоэтажные дома, плиты перекрытий, заборы, лестницы, чаши бассейнов, взлетные полосы в аэропортах. Различные по прочности марки бетона в соответствии с ГОСТом 25192-2012 подходят для строительства в условиях повышенной влажности, обустройства фундаментов зданий промышленного назначения. Для тяжелых бетонов характерны следующие свойства:

• высокая прочность;
• морозостойкость;
• пожаробезопасность;
• гидронепроницаемость;
• химическая стойкость.

Состав железобетона, его марки и прочность регламентированы ГОСТом 13015-2012. В монолит входит стальная арматура и непосредственно раствор. К тяжелым можно отнести стальбетон, который по ГОСТу имеет повышенную прочность, содержит портландцемент М500, стальную стружку и кварцевый песок.

Приготовление бетона

Если изготавливать бетон вы решили самостоятельно, то на чистый пол или в специальный бак необходимо насыпать горку песка и гравия

Важно соблюдать необходимые пропорции, на следующем этапе засыпается цемент. Смесь перемешивается, а в верхней части горки делается углубление в виде кратера

Туда наливается вода.

Для получения однородного раствора сухую смесь необходимо подсыпать с краёв. Когда изготавливается строительный бетон с использованием бетономешалки, нужно для начала налить 10 л воды в бак, а после добавить гравий и песок. Состав перемешивается в течение нескольких минут, а после добавляется ещё 2 л воды и цемент. Жидкость добавляется в необходимом количестве до получения требуемой консистенции бетона.

По назначению бетоны подразделяются на:

Конструкционный: для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (фундаментные блоки, колонны, балки, плиты и др.).

Напрягающий бетон

: бетон, содержащий расширяющийся цемент или расширяющую добавку, обеспечивающие расширение бетона в процессе его твердения.

Быстротвердеющий бетон

: бетон, имеющий быстрый темп набора прочности.

Высокофункциональный бетон:

бетон, соответствующий специальным требованиям к функциональности, которые не могут быть достигнуты путем использования традиционных компонентов, методов смешивания, укладки, ухода и твердения.

Декоративный бетон

: бетон, получаемый путем обработки окрашиванием, полировкой, текстурированием, тиснением, гравировкой, использованием топпингов (добавок) и другими приемами для достижения требуемых эстетических свойств.

Дренирующий бетон

: бетон, содержащий крупный заполнитель при отсутствии или минимальном содержании мелкого заполнителя, а также недостаточное для заполнения пор и пустот количество цементного теста.

Специальный:

химически стойкие, жаростойкие, декоративные, особо тяжелые, для биологической защиты, бетонополимеры, полимербетоны и другие

Марка бетона по прочности — это показатель его прочности на сжатие, обозначается буквой «М» и числом от 50 до 1000. Число показывает максимально допустимую нагрузку, которую выдерживает бетон этой марки (в кгс/см2). Марка определяет нормативную прочность бетона (в идеальных условиях).

Марка по водонепроницаемости показывает способность бетона не пропускать воду сквозь свои поры под давлением, обозначается буквой «W» и цифрами от 2 до 20. Цифры показывают максимальное давление воды, которое выдерживает бетон. Водонепроницаемость очень важна при строительстве бассейнов, резервуаров для хранения воды, подземных и подводных сооружений. Для обычных строений используется бетон с маркой водонепроницаемости W2 или W4/

Марка бетона по морозостойкости показывает сколько циклов замораживания и оттаивания, которое может выдержать бетон в состоянии насыщения влагой без значительной потери прочности (допустимое снижение прочности — 5%). Обозначается буквой «F» и цифрой от 50 до 300, цифра обозначает количество циклов замораживания и размораживания, в ходе которых прочность не понижается.

Класс бетона — это показатель, учитывающий допустимую погрешность качества бетонной смеси при условии, что не менее чем в 95 процентах случаев его прочность будет соответствовать нормативной. То есть класс бетона показывает его фактическую прочность.

Таблица соответствия марок и классов бетона

Соотношение класса и марки бетона приведены в таблице:

Класс бетона	Средняя прочность данного класса (кг/см2)	Ближайшая марка бетона
В5	65	М75
В7,5	98	М100
В10	131	М150
В12,5	164	М150
В15	196	М200
В20	262	М250
В25	327	М350
В30	393	М400
В35	458	М450
В40	524	М550
В45	589	М600
В50	655	М600
В55	720	М700
В60	786	М800

Способы проверки плотности бетона

Определение значений объемного веса производят при помощи испытания отобранных образцов в соответствии с ГОСТ 12730.1-78. На данный момент существует несколько способов, которые мы рассмотрим ниже.

Метод контроля в соответствии с ГОСТ

Во время проведения испытания, необходимо наличие следующего некоторого оборудования: понадобится прибор для измерения значения, некоторые реактивы и материалы. Так как проверить плотность материала?

Испытание происходит в следующем порядке:

• Производят отбор образцов с учетом того, что они могут находиться в нормированном влажностном состоянии либо в состоянии естественной влажности.
• Подготовка к испытанию проходит в соответствии с требованиями ГОСТ.
• Далее, при помощи приборов вычисляют: какова масса изделий и их объем.
• Для окончательного вычисления плотности используется формула.
• В случае, если производят проверку серии образцов, используется среднеарифметическое значение результатов испытания.

Для удачного проведения испытания, результаты должны полностью соответствовать техническим требованиям. В противном случае, проверку проводят повторно.

Проверка в лаборатории

Измерение прочности при помощи приборов

Проверка может быть произведена посредством двух способов.

1. Разрушающий метод. Сущность его заключается в помещении под пресс заготовок, которые разрушают, и измеряют при этом нужные показатели.
2. Метод, при котором используют измеритель, не разрушающий материал. Современные приборы компактны и просты в использовании, поэтому привести проверку с их помощью сможет каждый. Измеритель самостоятельно выдает готовый результат при правильном использовании.

Основными недостатками последнего метода являются следующие: многие приборы имеют большую погрешность; неоднородность покрытия может стать следствием того, что поверхностная плотность будет отличаться от показателя на глубине.

Как увеличить плотность бетона?

Из приведенной выше таблицы видна зависимость – при увеличении плотности бетона (кг/м³) растет и класс прочности (кгс/см², МПа). Есть несколько методов увеличить этот показатель.

Самый популярный способ — уменьшение количества воды. Но нужно помнить, что работать с обезвоженной смесью сложно.

Также прочность повышается при добавлении в раствор пластифицирующих ПАВ или гидравлических добавок (обработанной бентонитовой глины, полуводного гипса или пемзы). Возможно применение для этих целей жидкого стекла, но не более 40% от массы смеси.

Плотность также увеличивается при уменьшении объема воздуха и числа пустот в цементном растворе. Для этого применяют меньшие по размерам зерна наполнителя, а также при укладке используют вибраторы для уплотнения смеси. При правильном проведении этой процедуры на поверхности появляется характерная влага.

Еще один способ увеличения плотности – ускоренное твердение раствора. Обеспечивается искусственным подогревом и помогает быстро удалить влагу из материала.

Классификация бетонных растворов по маркам

Классификация видов бетонных растворов по маркам осуществляется в интервале: от марки 50 до марки 1000.

Указанная величина определяется с учетом объема цемента, добавленного в единицу бетонного раствора. Прочность бетонного вещества на сжатие вычисляется в кг на см2.

Исходя из этого, название марок бетона обозначается буквой М, с идущими после нее цифрами.

Большое цифровое обозначение говорит о высокой прочности растворов, а значит, подтверждает его высокое качество.

При этом, чем выше марка бетона, тем сложнее с ним работать, так как состав высокой плотности быстрее затвердевает.

Например, при изготовлении подушки под заливку фундамента, в ходе дорожных работ применяют бетоны марок 100 или 150.

В процессе изготовления отмостков, дорожек и стяжек, повышение марок бетона происходит до показателя с прочностью 200 и 350.

При этом марка М350 считается одной из распространенных, так как ее универсальные свойства отвечают всем необходимым требованиям индивидуального строительства.

М350 используется при сооружении разного типа фундаментов, в процессе возведения бетонных ступеней и опорных элементов стен.

Кроме того, марка 350 нашла свое применение в коммерческом строительстве.

С ее помощью получают фундаменты цельной конструкции, монолитные балки и стены, а также дорожные покрытия, свойства которых позволяют выдерживать большие механические нагрузки.

В результате такие марки как 250 и 300, потихоньку уходят со строительного рынка.

Технические свойства марок с высокими цифровыми показателями 400 и 450, делают возможным их применение при сооружении гидротехнических объектов, с расчетом на высокие нагрузки.

Более высокие марки бетона – М500 и М550, используют для возведения конструкций с особыми техническими требованиями (метро, дамбы или плотины).

Определение качества бетона

Качество и прочность бетона определяется в лаборатории и дело это не быстрое. Бетон «созревает» 28 дней и только тогда можно узнать, соответствует ли он заявленным характеристикам. Именно поэтому заказывать бетон надо у надежных проверенных поставщиков и не соблазняться более низкими ценами.

Качество бетона в частном строительстве никто не проверяет, хотя надо бы. Строим ведь для себя! Договоритесь об услуге в заводской лаборатории, а лучше найдите независимых экспертов. Узнайте все условия: какого размера должны быть кубики-образцы, как их отбирать, как хранить, в каких условиях. Обычно для проверки прочности на сжатие берут бетон непосредственно из миксера при укладке, заполняют формы определенного размера (кубики) и выдерживают в определенных условиях 4 недели. После этого проверяют в лаборатории.

Наличие лаборатории на заводе – уже показатель ответственного отношения к качеству. В этом случае можно надеяться на получение бетона заказанной марки.

Виды бетона

Тяжелый бетон, состав которого основывается на высших марках портландцемента, может предназначаться для разных целей.

В зависимости от сферы применения существует следующая классификация материала:

1. Высокопрочный. В процессе замеса вносится лучшая цементная смесь, чистый песок и щебень крупной фракции. Производство выполняется с помощью вибрационного оборудования, которое придает бетону повышенную плотность тяжелого бетона. С целью повышения прочности в состав вносят дополнительные компоненты — пластификаторы.
2. Железобетонный. Используется для строительства железобетонных блоков, перекрытий и других ж/б построек.
3. Быстросхватывающийся. В его составе присутствует быстротвердеющая цементная смесь и дополнительные элементы, включая хлористый водород. Наличие добавок способствует сокращению сроков застывания без потери качества конечного продукта.
4. Для гидросооружений. Представляет собой особую разновидность бетона, которая используется для возведения сооружений во влажной среде. Материалу не страшны воздействия воды, и он сохраняет первоначальный вид даже через несколько лет интенсивной эксплуатации.
5. Дорожный. Применяется при покрытии автомагистралей и обладает устойчивостью к большим техническим нагрузкам.
6. Литой. Создается на основе быстротвердеющего цемента с пластификаторами и большим содержанием жидкости в составе.
7. Мелкозернистый. Создается на базе камней цемента без наличия крупных и тяжелых компонентов. Востребован при возведении построек со стенами небольшой толщины.
8. Кислотоупорный. Отличается устойчивостью к воздействию агрессивных веществ и кислот, поэтому задействуется для строительства помещений химического типа.
9. Жаростойкий. Не боится продолжительного пребывания в высокотемпературной среде. На основе жаростойких бетонов обустраиваются промышленные печи, работающие с температурой до 12000°C.
10. Полимерные разновидности. В процессе производства сырье пропитывается специальными смолами и полимерными добавками. Это обеспечивает повышенную степень прочности и надежности.
11. Декоративный. Производится с применением красителей и особых заполнителей, таких как мраморный камень с натуральным окрасом. Материал востребован при возведении аллей и парков, украшении садовых дорожек и бордюров, оформлении фасадов и т.д.

Существуют и специальные виды бетона, которые отличаются разным составом и классом.

Классификация типов бетона

Таблица средней плотности бетона.

Существует несколько групп типов бетонных смесей, классификация которых связана с плотностью застывшей бетонной массы.

Таблица соотношения классов и марок бетона.

Тяжелый бетон имеет плотность 1600-2500кг/м³. Такая характеристика состава дает возможность производить высокие эксплуатационные характеристики, разрешенные для тяжелых составов.

Покупая готовые смеси, удельный вес массы можно узнать у изготовителя. Делая раствор самостоятельно, следует придерживаться ГОСТа, чтобы знать более точную его цифру. В остальных случаях придется использовать приблизительные значения.

Физические свойства гравия

Гравий считается рыхлой сыпучей породой. По преобладающему размеру частиц его разделяют на несколько фракций: от 1 до 3 мм, от 3 до 5 мм, от 5 до 10 мм, 1 – 2 см, 2 – 4 см, 4 – 7 см.

Показатель морозостойкости определяют по количеству циклов замерзания-размерзания при которых частицы существенно не меняются. Таких циклов может быть от 15 до 300.

Способность впитывать воду зависит от пористости: чем она выше, тем такая способность больше. Наиболее пористым является керамзит – материал, внешне похожий на гравий, но полученный при обжиге глины искусственным путём.

Теплопроводность гравия определяет его способность удерживать тепло. В среднем она составляет 0,93 Вт/м2.

Плотность гравия

Этот показатель особенно важен в дорожном строительстве, где используют насыпи из этого сыпучего материала. Важен он и для тех, кто решил приобрети его для строительства собственного дома.

На плотность гравия влияет и влажность. Сильно увлажнённый материал будет иметь большую массу, чем сухой.

Определить плотность материала при известных величинах массы и объёма не составит труда.

Предварительно напряженный бетон

Несмотря на то, что железобетон является улучшенным строительным материалом по сравнению с обычным бетоном, свойства хрупкости и подверженность растрескиванию остаются актуальными недостатками. Силы растяжения способны повредить железобетон, несмотря на стальную арматуру, если к арматуре возможен доступ воды.

Устройство, при помощи которого выполняется процедура предварительного напряжения материала. Результат такого процесса очевидный – получают ещё один вариант модификации с улучшенными свойствами

Исключить такой недостаток позволяет эффект «постоянного сжатия» железобетона путём предварительного напряжения (предварительного натяжения). Таким образом, вместо того, чтобы укладывать обычные стальные стержни и заливать жидким бетоном, предварительно эти стержни натягивают.

По мере застывания смеси, тугие стержни тянут внутрь, сжимая бетон и увеличивая прочность материала. В качестве альтернативы, арматура в железобетоне может подвергаться нагрузке после того, как смесь начинает затвердевать. Этот метод известен как постнапряжение (натяжение арматуры на бетон).

Другое преимущество метода состоит в меньшем использовании предварительно напряженного (пост-напряженного) бетона или более мелких, более тонких деталей, чтобы выдерживать те же нагрузки по сравнению с обычным железобетоном.

Характеристики бетонов

Традиционные разновидности бетонов отличаются хорошими эксплуатационными свойствами и устойчивостью к большим нагрузкам. Однако они не способны выдержать растяжение, изгибы и прочие деформационные воздействия, что лишает их практической ценности при возведении тяжелых конструкций, таких как железнодорожные и автомобильные мосты, несущие балки и перекрытия. С целью повышения пригодности материала его подвергают армированию. Для этой цели используется арматура разного диаметра.

Составить универсальное описание характеристик железобетона нельзя, поскольку каждый тип обладает разными параметрами. Однако такие свойства, как длительный срок службы и дешевизна присущи всем разновидностям.

Еще архитекторы ценят комфортный удельный вес железобетона и возможность придавать ему любую геометрию или архитектурную форму. К ключевым минусам железобетонных конструкций относят недостаточно высокую прочность при объемном весе железобетона.

Среди основных характеристик материала следует выделить:

Степень средней плотности — для расчета этого показателя учитывается масса железобетона в 1 м³

Еще обращается внимание на способ укладки материалы — с использованием вибрационного оборудования или без него. Для обозначения показателя используется буква D, после которой указывается цифра 2200, 2000 и т.д.
Степень прочности — в зависимости от этой характеристики железобетон разделяется на несколько классов, определяющих устойчивость к осевому сжатию при давлении на куб ребра в 1500 мм и осевому растяжению

Для установки классификации учитывается тип бетона (тяжелый, мелкозернистый, легкий).
Степень устойчивости к отрицательным температурам — ее определяют по числу циклов «замораживания и размораживания» при воздействии влаги. Допустимое снижение прочности при высокой морозостойкости не должно превышать 15%.
Водонепроницаемость — характеристика указывает на максимальное давление воды, при котором в поры материала не просачивается жидкость.

Объемный и удельный вес железобетона чем пользоваться при оценке материала

В строительстве везде оперируют величиной веса материала. Где чаще всего понадобится знание его величины: при подсчете закупок и доставке нужного количества составляющих, определении возможной нагрузки на ограждающие конструкции опалубок, расчетной плотности и теплопотерях получаемого монолита и т.п. Как быть?

В данном случае используется объемный вес железобетона, параметр, определяемый в результате расчета его веса на определенный объем. И вот тут в силу вступают характеристики наполнителей, образование пор, степени пузырькового заполнения объема и т.д. Как известно, кубометр качественного железобетона может весить свыше двух с половиной тонн. Эти особо прочные составы, выполненные со щебневыми и специальными наполнителями, используются при закладках ответственных фундаментов, колпаков и т.д.

В то же время, легкие составы, имеющие более восьмидесяти процентов пузырькового заполнения структуры своего объема, могут иметь вес кубометра менее пятисот килограммов. Такие особо легкие материалы больше подходят для выполнения теплоизолирующих конструкций.

Вес железобетонных изделий – какие наполнители влияют на этот параметр?

Рассмотрев в начале крайние варианты веса материалов, следует отметить, что для легких составов обычными наполнителями являются разные перлиты, керамзиты и, естественно, песок. Этот ингредиент является обязательным участником всех видов растворов. Для легких материалов его берут до шестисот килограммов.

Возможно выполнение пористых структур без применения керамзитовых наполнителей, таких, как пенобетоны или газобетоны, с меньшим процентом содержания пузырьков, чем в особо легких составах. В целом, в этой группе вес железобетонных изделий колеблется в диапазоне от более пятисот до одной тонны восьмисот килограммов в кубическом метре. Именно в этой группе материалов производятся готовые облегченные строительные блоки.

Заполнители в виде щебней или гравиев применяются для тяжелых составов. Вес 1 м3 железобетона с такими наполнителями составит от одной тонны восьмисот килограммов до двух с половиной тонн. Основную часть составляют щебни (до 1,3 т), песок (до 0,75 т), цемент (до 0,45 т) и вода до двухсот литров.

Кстати, при сложности определения удельного веса материала, он легко находится по удельным весам составляющих ингредиентов. Сложив указанные весовые части, без веса испаряющейся воды, получаем две с половиной тонны на куб. Применение таких составов, считающихся классическими, чрезвычайно широко и разнообразно.

Говоря о прочности составов, нужно отметить, что вес куба железобетона напрямую не определяет эту характеристику. Скорее, большее влияние оказывает марка использованного цемента, в то время как от наполнителя зависит вес кубического метра получаемого материала (на прочность влияет его плотность).

В составы особо тяжелых бетонов часто включаются металлические скрапы, бариты, магнетиты и гематиты. Вес одного кубического метра этих составов оказывается от двух с половиной до трех тонн. Эти материалы находят применение на особо ответственных участках бронеколпаков, других защитных объектов, хорошо препятствуют распространению радиоактивного излучения.

Масса железобетона – что еще меняет этот показатель?

Важным фактором, влияющим на конечную прочность материалов, является правильность расчета растворов. По густоте растворов специалисты отмечают жесткие, пластичные и литые составы. Их расчет определяется необходимыми для работ свойствами конечных материалов, зависит и начинается в первую очередь с пропорций воды и цемента.

Объемы воды для того, чтобы масса железобетона обладала заданной прочностью нельзя брать меньше нужных, но и превышение способно привести к образованию пустот и пор, пагубно влияющих на эту важную характеристику.

Следующим, не менее важным этапом, влияющим на количество воды, является будущая фракционность наполнителей, их размеры и соотношение с цементом. В расчете на 1 м3 железобетона, вес можно определить примерно, по составляющим, как говорилось выше. Однако в расчет нужно принимать и характеристики применяемой воды. Но экономичность и плотность (а значит во многом и прочность) получаемого материала, в основном, будут зависеть от пропорции крупных и мелких наполнителей в составе смеси.

Как правило, объемы воды корректируются и выражаются в долевом отношении к цементу. Нужно учитывать и то, что практическая плотность редко соответствует абсолютной величине из-за наличия некоторого количества остатков воды в порах материала и ее испарения при наборе им прочности (что продолжается до месяца).