Бетон и раствор

Строительство — это одна из наиболее важных сфер материального производства человека, которая обеспечивает его среду обитания и жизнедеятельности.

Строительством люди занимаются в течение многих тысячелетий. Выбор материалов определяется совокупностью таких факторов, как доступность, прочность, целесообразность применения и другие. В разные времена люди решали эти задачи по-разному. Сегодня список материалов стал намного внушительнее.

В строительной отрасли занято огромное количество людей, а сама она тесно связана с большим количеством других отраслей производства.

Это материалоемкая отрасль, поэтому задачей современных строителей является выбор материалов, которые отвечают строгим требованиям по прочности, долговечности, экономичности, бережному использованию природных ресурсов, экологической безопасности, возможности вторичной переработки.

Особенно важно это в современных условиях роста объема строительства.

Всем этим требованиям отвечает бетон:

1. имеет высокие эстетические характеристики;
2. производство бетонов не только не дает вредных отходов, но и может быть полностью безотходным;
3. производство экономически выгодное, поскольку большая часть раствора — заполнители, которые обычно являются материалами, добываемыми на месте;
4. возможно изготовление практически любых форм и конструкций относительно простыми технологическими методами;
5. материал очень долговечен;
6. бетон может подвергаться переработке.

Совокупность этих характеристик делает бетон одним из наиболее популярных материалов, применяемых в строительстве.

Интересно!

Единовременные затраты на монолитное домостроение, по сравнению с крупнопанельным, из расчета на 1 м² общей площади на 40–45 % меньше. Затраты на арматурную сталь ниже на 7–25 % (в зависимости от этажности); энергетические затраты ниже на 25–35 %. Если сравнивать с кирпичным строительством, монолитное тоже выигрывает: трудозатраты меньше на 25–30 %, энергозатраты — на 25–35 %.

Когда появился бетон

Бетон в общем смысле слова — это композитный материал на основе вяжущего и заполнителей, который затвердевает с образованием твердого камнеподобного материала.

Наиболее древний образец такого материала был найден на территории Сербии и датирован приблизительно 5600 г. до н. э.

Также он был распространен в Древнем Риме, где из бетона было построено огромное количество зданий и сооружений. Римляне научились строить арочные бетонные конструкции и широко их использовали при строительстве зданий и мостов. Образчики их архитектурного мастерства можно наблюдать по сей день. Вот какова прочность и долговечность бетона.

Появление армированного бетона в XIX веке открыло перед строителями новые горизонты. Сегодня железобетон — это материал, обойтись без которого в строительстве решительно невозможно. Применение армирования позволило забыть о том, что бетон плохо работает на растяжение при изгибе. Из железобетона строят самые причудливые и невероятные по форме и конструкции сооружения.

Сегодня существует огромное разнообразие видов бетонов. Помимо обычных бетонов, есть особо прочные, пористые, полимербетоны, фибробетоны, легкие бетоны и другие. Каждый из них имеет свою область применения, зависящую от характеристик конкретного вида материала.

Как получают бетон

Если говорить кратко, для получения бетона смешивают цемент, крупные и мелкие заполнители и воду в определенных пропорциях.

Чем больше в смеси цемента, тем прочнее бетон. Уменьшение количества воды также повышает прочность бетона даже при одинаковом количестве цемента в замесе.

Полученному цементному тесту придают необходимую по проекту форму путем укладки в опалубку. В некоторых случаях изделие армируют каркасом из металлической или композитной арматуры либо добавляют армирующую фибру.

Для набора окончательной прочности, которую называют расчетной, бетон выдерживают при температуре 18–22° С и высокой влажности воздуха в течение 28 суток. В первые часы скорость твердения очень высока, но постепенно она замедляется. Также на скорость набора прочности влияют условия выдерживания: при понижении температуры она снижается, а при повышении — увеличивается.

Влиять на скорость набора прочности бетона можно и химическими способами, например, включая в раствор добавки-ускорители.

Если бетонирование приходится на холодное время года, когда температура стремится к 0° С, в состав смеси вводят противоморозные добавки, а также осуществляют мероприятия по температурно-влажностной обработке. Их проводят до достижения критической прочности, которая определяется проектом и может составлять 30–50, реже 70 %.

Бетон, раствор, смесь?

Для получения твердого камнеподобного материала — бетона — применяются бетонные смеси. В формулу бетона входят цемент (в качестве вяжущего), а также крупные и мелкие заполнители.

Смесь, которая не содержит крупных заполнителей, обычно называется раствором на основе цемента, однако иногда и бетонные смеси называют бетонными растворами. ГОСТ 26633-2015 называет растворы, приготовленные только на мелком заполнителе, мелкозернистыми бетонами.

Бетоном обычно называют твердый материал, которые получается после отверждения бетонной смеси, но также бетоном могут называть и саму смесь до того, как она отвердела.

Отвердевший цементно-песчаный раствор также называют раствором.

Общие требования к бетонам и растворам

Характеристики и область применения бетонов регулируются нормативными документами.

Одним из основных документов является ГОСТ 25192-2012 Межгосударственный стандарт «Бетоны. Классификация и общие технические требования». Он распространяется на все бетоны, кроме бетонов на битумном вяжущем.

Классификация бетонов

Классификация бетонов, согласно ГОСТ 25192-2012, осуществляется по нескольким признакам.

По основному назначению бетоны подразделяются на следующие виды:

1. конструкционные;
2. теплоизоляционные;
3. конструкционно-теплоизоляционные;
4. специальные (декоративные или обладающие особыми свойствами).

По стойкости к видам коррозии различают виды бетонов:

1. А — бетоны, которые эксплуатируются без риска коррозионного воздействия;
2. Б — бетоны, которые эксплуатируются в среде, вызывающей коррозию из-за воздействия карбонизации;
3. В — бетоны, которые эксплуатируются в среде, содержащей хлориды;
4. Г — эксплуатируемые в среде, которая может вызывать коррозию вследствие переменного замораживания и оттаивания;
5. Д — бетоны, подверженные в процессе эксплуатации биологической и химической коррозии;
6. Е — бетоны, которые эксплуатируются при различной влажности.

По типу вяжущего выделяют бетоны:

1. цементные,
2. известковые,
3. шлаковые,
4. гипсовые,
5. специальные (бетоны на магнезиальном вяжущем, полимербетоны).

В зависимости от вида заполнителя, различают бетоны:

1. плотные,
2. пористые,
3. специальные.

По типу структуры различают бетоны:

1. плотной структуры,
2. поризованной структуры;
3. крупнопористой структуры;
4. ячеистой структуры.

В зависимости от условий твердения, бетоны подразделяются на следующие виды:

1. твердеющие в естественных условиях;
2. твердеющие с применением тепловой обработки;
3. бетоны автоклавного твердения (твердеющие с тепловой обработкой при давлении выше атмосферного).

По прочности на сжатие бетоны подразделяются на классы. Выделяют две основные группы — бетоны средней прочности (имеющие класс по прочности на сжатие В50 и меньше) и высокопрочные бетоны (класс по прочности на сжатие — В55 и выше).

В зависимости от скорости набора прочности, различают быстротвердеющие и медленнотвердеющие бетоны. У первых отношение прочности на вторые сутки к прочности на 28-е сутки составляет более 0,4; у вторых — 0,4 или меньше.

Один из нормируемых параметров бетонов — средняя плотность (D). По этому параметру бетоны классифицируют на следующие виды:

1. особо легкие (средняя плотность меньше D800);
2. легкие (средняя плотность D800– D2000);
3. тяжелые (средняя плотность D2000– D2500);
4. особо тяжелые (средняя плотность свыше D2500).

Морозостойкость исчисляется количеством циклов замораживания/оттаивания, которое образцы выдерживают без разрушения (цифровой показатель рядом с буквенным обозначением). По этому параметру различают:

1. бетоны низкой морозостойкости (марка F50 и ниже);
2. бетоны средней морозостойкости (марка от F50 до F300);
3. бетоны высокой морозостойкости (марка выше F300).

Водонепроницаемость — это способность бетонов сопротивляться намоканию. По водонепроницаемости бетоны разделяют на марки:

1. бетоны низкой водонепроницаемости — ниже марки W4;
2. бетоны средней водонепроницаемости — W4–W12;
3. бетоны высокой водонепроницаемости — выше марки W12.

В зависимости от истираемости, бетоны подразделяют на марки:

1. низкой истираемости — G1;
2. средней истираемости — G2;
3. высокой истираемости — G3.

Требования к тяжелым и мелкозернистым бетонам

Согласно ГОСТ 26633-2015 Межгосударственный стандарт «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия»:

1. к тяжелым относятся бетоны, имеющие плотную структуру и среднюю плотность 2000–2500 кг/м³ включительно, изготовленные на цементном вяжущем, плотных крупных и мелких заполнителях.
2. к мелкозернистым относятся бетоны, имеющие плотную структуру, плотность которых составляет 2000–2500 кг/м³ включительно, изготовленные на цементном вяжущем и только на мелком плотном заполнителе.

Документ классифицирует тяжелые и мелкозернистые бетоны:

1. на классы по прочности на сжатие (от В3,5 до В120);
2. классы по прочности на осевое растяжение (от B_t 0,8 до B_t 4,8);
3. классы по прочности на растяжение при изгибе (от B_tb 1,2 до B_tb 10,0);
4. марки по морозостойкости (от F50 до F1000 по первому базовому методу и от F100 до F500 — по второму);
5. марки по водонепроницаемости (от W2 до W20);
6. марки по истираемости — G1, G2, G3.

ГОСТ устанавливает требования к материалам, которые входят в состав бетонов:

1. Цементы, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 10178, ГОСТ 22266, ГОСТ 31108, ГОСТ 33174.
2. В качестве мелкого заполнителя — природный песок (ГОСТ 8736), песок из отсевов дробления горных пород (ГОСТ 31424) либо их смеси, мелкозернистые золошлаковые смеси (ГОСТ 25592), песок из доменных и ферросплавных шлаков черной металлургии (ГОСТ 5578). Мелкий заполнитель должен иметь плотность 2000–2800 кг/м³ включительно. Нормируется также содержание в нем глинистых и пылевидных частиц (до 3 % по массе либо до 2 % для бетонов класса по прочности выше В60).
3. В качестве крупного заполнителя применяют щебень и щебень из гравия, гравий из плотных горных пород (ГОСТ 8267), щебень из доменных и ферросплавных шлаков черной металлургии (ГОСТ 5578), щебень из дробленого бетона и железобетона (ГОСТ 32495), щебень из отсевов дробления плотных горных пород (ГОСТ 31424) — не применяется для бетонов класса выше В35. Плотность крупного заполнителя должна составлять 2000–3000 кг/м³. Наибольшая крупность зерен устанавливается проектной документацией. Для бетонов класса по прочности В60 и выше применяют щебень из плотных горных пород (ГОСТ 8267), марки по дробимости не ниже 1200, содержащий не более 5 % массы зерен слабых пород.
4. Вода затворения по ГОСТ 23732.

Требования к легким бетонам

ГОСТ 25820-2014 Межгосударственный стандарт «Бетоны легкие. Технические условия» определяет легкие бетоны как бетоны на цементном вяжущем с пористыми крупными неорганическими заполнителями и на пористых либо плотных природных или искусственных неорганических заполнителях, отвечающих требованиям ГОСТ 25137, с применением добавок, регулирующих свойства раствора и бетона.

Легкие бетоны классифицируются по основному назначению на три вида:

1. теплоизоляционные (теплопроводность в сухом состоянии не более 0,14 Вт/(м·°С), марка по средней плотности не выше D500, прочность на сжатие не менее 0,3 МПа);
2. конструкционные (марка по средней плотности не выше D2000, прочность на сжатие не менее 12,5 МПа);
3. конструкционно-теплоизоляционные (марка по средней плотности не ниже D500, прочность на сжатие не менее 1,0 МПа, марка по морозостойкости не ниже F25, теплопроводность в сухом состоянии определяется проектом).

Классификация по типу крупного пористого заполнителя подразделяет их на следующие виды:

1. керамзитобетон;
2. шунгизитобетон;
3. аглопоритобетон;
4. шлакопемзобетон;
5. бетон на стекловидных пористых заполнителях;
6. перлитобетон;
7. бетон на щебне из пористых горных пород (туф, вулканический шлак, пемза);
8. термолитобетон;
9. вермикулитобетон;
10. керамзитоперлитобетон;
11. шлакобетон.

В зависимости от структуры, различают плотные, поризованные и крупнопористые легкие бетоны.

По способу порообразования, легкие бетоны подразделяются на бетоны, поризуемые газом, пеной либо воздухововлекающими добавками.

Легкие бетоны в проектном возрасте подразделяются на классы по прочности:

1. на сжатие — от В0,75 до В40;
2. на осевое растяжение — от 0,8 до 3,2;
3. на растяжение при изгибе — от 0,4, до 4,0.

Классификация на марки осуществляется следующим образом:

1. по средней плотности в сухом состоянии — от D200 до D2000;
2. по морозостойкости — от F25 до F500;
3. по водонепроницаемости — от W2 до W12.

Требования к составам смесей легких бетонов:

1. Крупные заполнители выбирают в зависимости от их назначения, структуры бетона, требований к прочности и средней плотности бетона, вида и свойств мелкого заполнителя.
2. В качестве мелкого заполнителя применяется природный песок (ГОСТ 8736), песок из доменных и ферросплавных шлаков черной металлургии, а также никелевых и медеплавильных шлаков цветной металлургии (ГОСТ 5578), дробленый керамзитовый, аглопоритовый, шунгизитовый, шлакопемзовый песок (ГОСТ 32496) и пористые заполнители других видов.
3. Для регулирования свойств бетонов применяют добавки (ГОСТ 24211) и дисперсные микронаполнители. Совместимость добавок с компонентами, входящими в состав бетонной смеси, должна быть предварительно проверена.
4. Требования к воде затворения установлены в ГОСТ 23732.

Требования к строительным растворам

В соответствии с ГОСТ 28013-98 Межгосударственный стандарт «Растворы строительные. Общие технические условия», по общему назначению строительные растворы подразделяются на кладочные, облицовочные и штукатурные.

В зависимости от вида вяжущего, различают растворы:

1. простые, на вяжущем одного вида;
2. сложные, на смеси нескольких вяжущих.

Также строительные растворы по плотности могут быть легкими либо тяжелыми.

ГОСТ регулирует основные свойства растворных смесей:

1. подвижность от П1 до П4;
2. водоудерживающая способность — не менее 90 % (для растворов, содержащих глину — не менее 93 %);
3. расслаиваемость — не более 10 %.

Основные свойства затвердевшего раствора должны быть обеспечены в проектном возрасте (28 суток для всех растворов, кроме содержащих гипс, если иное не указано в проектной документации, а для растворов, содержащих гипс — 7 суток):

1. Прочность на сжатие (марки по прочности — М4, М10, М25, М50, М75, М100, М150, М200).
2. Морозостойкость (марки по морозостойкости — F10, F15, F25, F35, F50, F75, F100, F150, F200).
3. Средняя плотность, D — 1500 кг/м³ и более для тяжелых растворов, менее 1500 кг/м³ — для легких. Отклонения допустимы в пределах 10 %.

Требования к составу растворов и применяемым материалам

В качестве вяжущих в строительных растворах, в зависимости от их вида и назначения, а также от вида и условий эксплуатации конструкции, могут выступать следующие материалы:

1. цементы — ГОСТ 25328;
2. гипсовые вяжущие — ГОСТ 125;
3. строительная известь — ГОСТ 9179;
4. портландцемент или шлакопортландцемент — ГОСТ 10178;
5. пуццолановые и сульфатостойкие цементы — ГОСТ 22266;
6. глина.

В строительных растворах присутствует только мелкий заполнитель, в роли которого могут выступать:

1. песок для строительных работ (ГОСТ 8736);
2. золошлаковый песок (ГОСТ 25592);
3. золы-уноса (ГОСТ 25818);
4. пористые пески (ГОСТ 25820);
5. песок из шлаков тепловых электростанций (ГОСТ 26644);
6. песок из шлаков черной и цветной металлургии (ГОСТ 5578).

Крупность зерен:

1. для облицовочных и накрывочных слоев — 1,25 мм;
2. для штукатурных растворов и кладки — 2,5 мм;
3. для бутовой кладки — 5 мм.

Вода затворения — по ГОСТ 23732.

Также в состав растворов вводят химические добавки для придания им определенных требуемых характеристик.

При приготовлении растворов, сухие компоненты отмеряют по массе, а жидкие — по массе или объему.

Как сделать раствор для изделий из бетона

Бетонные смеси и растворы приготавливают на растворных узлах, где можно заказать раствор, соответствующий проекту.

В частном строительстве, в зависимости от масштабов строительства, для приготовления растворов применяют бетономешалку, строительный миксер, а то и просто лопату. Каждый мастер имеет свои секреты замешивания бетона и порядок смешивания компонентов.

Наиболее важными моментами для тех, кто собирается замесить бетон своими руками, являются правильный выбор класса и марки раствора и соблюдение пропорций. Их можно посмотреть в таблице.

Пропорции цементного раствора

Также очень важно использовать только свежий цемент, потому что при хранении, особенно, в условиях влажности, в открытой упаковке, зерна цемента покрываются слоем новообразований, из-за чего его активность снижается, и раствор заявленного класса по прочности из такого цемента приготовить уже не получится.

Как сделать качественный бетон

Частное строительство — это область, в которой особенно важное значение получает применение химических добавок в бетонах и растворах. У частного строителя зачастую под рукой нет того оборудования, которым пользуются профессионалы, квалификация также может быть недостаточно высокой.

Все эти погрешности должны быть уравновешены, и в этом плане специальные добавки становятся палочкой-выручалочкой.

Однако не нужно думать, что профессиональным строителям, занятым масштабными строительными работами, эти добавки не нужны. В случае крупного строительства, экономия, которую обеспечивает применение добавок, становится особенно заметной.

Какие добавки повышают прочность бетона

Как уже было отмечено, при одинаковом количестве цемента в растворе, бетон получается прочнее при меньшем количестве воды.

Почему так происходит?

Твердение раствора — это образование нового материала с кристаллической структурой. Он образуется в ходе реакций гидратации, в которые вовлекаются соединения клинкера. Они протекают в присутствии воды, однако ее требуется строго определенное количество. Водоцементное соотношение, достаточное для протекания реакций гидратации — 0,3.

Если воды берется больше, этим излишкам не с чем вступать в реакции, и они просто испаряются, делая структуру бетона более рыхлой.

Плотность бетона, отсутствие в его структуре крупных пор и пустот напрямую влияют не только на его прочность, но и, опосредованно — на водонепроницаемость и морозостойкость.

Поэтому так важно сокращать в растворах количество воды. Но тут мы сталкиваемся с другой проблемой — раствор с «правильным» количеством воды получается очень жестким, работать с ним сложно. Требуется длительная виброобработка с привлечением специального оборудования.

По удобоукладываемости смеси подразделяются на сверхжесткие, жесткие и подвижные. Последние подразделяются на марки по подвижности.

На иллюстрации показано, как ведут себя бетонные смеси, имеющие разные марки по подвижности. Легко видеть, что смесь марки П5 растекается сама по себе.

Получить такую подвижную или, как еще говорят, литую смесь, которая послушно и плотно укладывается в форму, можно двумя способами. Первый — добавить больше воды, чтобы цементное тесто стало более жидким. Но это повлечет за собой снижение прочности.

Второй — ввести в состав раствора пластифицирующую добавку. Пластификаторы повышают активность цемента, причем, даже лежалого, увеличивают подвижность раствора не только без добавления лишней воды, но и даже при ее снижении на 10–20 %, что позволяет обойтись без виброобработки и повышает прочность готового изделия. Поэтому можно для получения бетона нужного класса прочности сокращать количество цемента в замесе примерно на 10 %, а это — чистая экономия.

Компания CEMMIX производит несколько видов таких добавок. Они имеют удобную жидкую форму, что позволяет легко добавлять их в воду затворения.

Для любых видов бетонов предназначена универсальная суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка CemPlast.

Введение в раствор добавки CemPlast из расчета 0,6–1,2 л на 100 кг цемента позволяет получать высокоподвижные смеси (повышать удобоукладываемость с П1 до П5), предотвратить расслаивание, снизить усадочные явления и получить прочный качественный бетон без лишних усилий, да еще и сэкономив цемент.

Высокоэффективная комплексная добавка для кладочных и других строительных растворов CemStone разработана для применения в строительных растворах любого типа. При добавлении из расчета 0,25–0,5 л на 100 кг цемента:

1. препятствует расслоению раствора;
2. обеспечивает его 5-часовую сохранность и пригодность для проведения работ;
3. повышает удобоукладываемость (с П1 до П4);
4. обеспечивает набор 100 % прочности уже на 7-е сутки;
5. повышает прочность, долговечность, водонепроницаемость и морозостойкость растворного шва;
6. снижает водопотребность раствора на 10–20 %.

Добавки CEMMIX совместимы со всеми типами цементов и заполнителей отечественного производства. Они экономичны, удобны в работе, практически полностью окупаются уже только за счет экономии цемента, не говоря уже об экономии времени, труда, электроэнергии и получении значительно более прочных и долговечных изделий.

Компания выпускает широкий спектр добавок, который, помимо вышеописанных пластификаторов, включает пластифицирующие добавки для фундаментных работ, для стяжек и теплых полов, гидрофобизаторы, ускорители набора прочности, противоморозные добавки, армирующую фибру и другие материалы — словом, все, что может потребоваться современному строителю.

Продукция CEMMIX широко представлена в розничных сетях, на маркетплейсах; приобрести ее можно и оптом от производителя. Также компания заинтересована во взаимовыгодном сотрудничестве с региональными дистрибьюторами.