Свойства бетона

Бетон – затвердевшая смесь из цемента, заполнителя и воды.

Цемент используют той марки, которая позволяет получить бетон необходимой прочности. Песок, гравий, вода должны быть чистыми, иначе уменьшится прочность бетона. Масса получается разной консистенции. Жёсткий бетон, похожий на влажную землю, нужно сильно уплотнять при кладке. Пластичная, довольно густая масса нуждается в уплотнении, но меньше.

Литой бетон самотёком заполняет форму. Густота бетонной смеси зависит от количества воды. Если её очень много, масса расслаивается, что снижает прочность бетона. Если воду и цемент добавлять одновременно, не меняя соотношений между ними, то крепость не меняется. Прочную смесь получают из очень густой массы, требующей сильного уплотнения.

Бетон выдерживает достаточно сильное сжатие. При растяжении он может растрескаться. Чтобы повысить его прочность, необходимо укрепление с помощью металлических стержней. Железобетон имеет высокую крепость.
 
Во-первых, потому что коэффициент температурного расширения бетона и арматурных стержней почти одинаковый. А во-вторых, смесь и арматура крепко сцеплены, что позволяет им существовать как единое целое. Правильная укладка стержней влияет на несущую способность железобетона. В консольных конструкциях, защемлённых с одной стороны, арматурные стержни укладывают в верхних слоях бетонной массы, а если с двух – в нижней части.
 
В наиболее ответственных установках их распределяют равномерно по всей бетонной массе, сваривая в каркас. Арматура всегда должна находиться внутри бетона и приближаться к краям не менее чем на 5 см. При правильном соотношении бетонной массы и арматуры получается мощная конструкция, выдерживающая очень большие нагрузки.

Желательно использовать густую массу бетона с осадкой конуса 2-6 см. Но хорошо уплотнить её можно только в крупных конструкциях с редко расположенными в ней арматурными стержнями. Таким образом, чем меньше заполняемое пространство и чем чаще расположена в ней арматура, тем пластичнее должна быть бетонная масса.

Нормы консистенции бетонной массы с осадкой конуса в сантиметрах:

• подготовка под фундаменты и полы - 2-3 см;
• крупные конструкции без арматуры (фундаменты, стены) или с редко расположенной арматурой - 3-6 см;
• обычные железобетонные конструкции (балки, колонны, плиты) с арматурой средней густоты - 8-12 см;
• тонкие стены, колонны и балки малых сечений, а также конструкции с часто расположенной арматурой - 12-14 см.

Консистенцию бетонной массы измеряют специальным металлическим конусом с гладкой внутренней поверхностью.

Высота конуса - 30,5 см, ширина в нижнем основании - 20,3 см, в верхнем - 10,2 см. Сбоку конуса - две ручки, а у основания имеются упоры в виде лапок и скобок, на которые он становится на горизонтальную площадку: фанеру, широкую доску, лист стали или пластмассы. Процедура измерения консистенции состоит в следующем. Конус устанавливают на лапки и заполняют тремя слоями бетона, каждый из которых протыкают стержнем диаметром 1,5 см по 25 раз каждый. Этот процесс называется штыкованием. Затем лишнюю бетонную массу срезают вровень с краями и отставляют конус на некоторое время, в течение которого бетонная масса начинает медленно оседать и менять свою форму. К верхнему краю конуса приставляют линейку с сантиметровыми делениями и измеряют расстояние до осевшей массы. Чем меньше расстояние, тем меньше усадка, а, следовательно, гуще консистенция.

Примерная осадка бетонной массы:

• жесткая - 0 - 2 см;
• пластичная - 6 - 14 см;
• литая - 17 - 22 см.

Бетонная масса не должна выделять воду и расслаиваться.

Гравий, щебень и песок, входящие в бетонную массу, должны иметь зёрна различной крупности для того, чтобы между ними не было пустот. Чем меньше зазоров между наполнителем, тем меньше потребуется песка и цемента. Считается, что объем пустого пространства в песке не должен быть выше 37%, в гравии - 45%, в щебне - 50%. Измерить эти величины можно следующим способом. Подобранную смесь или каждый заполнитель отдельно насыпают, не уплотняя, в 10-литровое ведро. Затем наливают в него воду тонкой струйкой до краёв. Объём пустот определяют по количеству влитой жидкости. Например, если влито 4,5 л, то, соответственно, пустое пространство составляет 45%.

Состав заполнителя подбирают, используя стандартные сита. Гравий или щебень просеивают через сито с ячейками диаметром 80, 40, 20, 10 и 5 мм, песок - 5; 2,5; 0,5; 0,3 и 0,15 мм. Зёрна, которые остались в сите, называют фракцией заполнителя.

Существует два способа подбора заполнителя:

- наибольшая крупность заполнителя – 40 мм.

Гравий или щебень просеивают через сито диаметром 40 мм. Оставшиеся на сите зёрна называют верхним остатком. Затем то, что прошло, просеивают через 20 мм сито. Остатки называют первой фракцией, прошедшие зерна просеивают через сито 10 мм, не прошедшие считаются второй фракцией. Далее используют сито 5 мм, остатки – третья фракция, а прошедшие зерна – нижний остаток.

Чтобы приготовить крупнозернистую смесь берут по 5% верхнего и нижнего остатка и по 30% первой, второй и третьей фракций. Верхний остаток можно заменить первой фракцией в количестве 5%. Смесь такого состава можно сделать из двух фракций: 50-65% первой, 35-50% третьей или из трех: 40-45% первой фракции, 20-30% второй и 25-30% третьей.

- наибольшая крупность заполнителя – 20 мм.

Отличается от вышеописанного способа лишь тем, что просеивание гравия или щебня начинается с сита 20 мм и заканчивается 3 мм. А песок - от 2,5 мм до 0,3 мм.

Таким образом, подбирают зерновой состав гравия или щебня в песке. Нужно отмерить определённое количество разных фракций и тщательно перемешать, чтобы равномерно распределить зёрна по всей массе. Размеры крупных зёрен должны быть не более 1/4-1/5 наименьшего размера конструкции детали. Для тонких плит наибольшая крупность заполнителя может достигать 1/3 и даже 1/2 толщины плиты. Для железобетонных конструкций с густой арматурой наибольшая крупность зерен должна быть не более 40 мм, а иногда и 20 мм. Размер зерен не должен быть больше 3/4 расстояния между стержнями или прутьями арматуры.

Цемент следует использовать такой марки, которая превышала бы заданную марку бетона в 2-3 раза (для портландцемента - в 2 раза, для других - в 3 раза). Например, для бетона марки 160 кгс/см² надо применять цемент марки не менее 400 кгс/см².

Если цемента в бетоне слишком много, это приводит к перерасходу бетона. Если же мало, то снижается плотность бетона, водопроницаемость, морозостойкость, ржавеет арматура.

В процессе приготовления бетонной массы смесь уменьшается в объёме. Из 1 м³ сухой смеси можно получить от 0,59 до 0,71 м³ бетонной массы. Поэтому для приготовления 1 м³ бетонной массы надо брать больше сухих материалов. Например, для одного состава бетона требуется 0,445 м³ песка, 0,87 м³ гравия, 0,193 м³ цемента (250 кг), 179 л воды; для другого - 0,395 м³ песка, 0,880 м³ гравия, 0,198 м³ цемента (260 кг), 185 л воды; для третьего - 0,445 м³ песка, 0,880 м³ гравия, 0,204 м³ цемента (265 кг), 189 л воды.

Важно умело подобрать зерновой состав заполнителя, чтобы получить бетон одной и той же марки, но с разным содержанием цемента.