Бетон, армирование бетона

Бетон (от французского béton) — искусственный строительный материал, получаемый в результате смешивания:

• вяжущего вещества (например, цемента, гипса);
• песка;
• воды;
• заполнителей (например, щебня, гравия);
• специальных добавок (пластификаторов, гидрофобизаторов, и т. д.).

• Виды и классификация бетона
• Заполнители и добавки для бетона
• Прочность бетона, классы и марки бетона
• Соответствие классов и марок бетона
• Применение различных марок бетона
• Укладка, уплотнение и затвердевание бетона
• Удобоукладываемость, подвижность и жесткость бетонной смеси
• Армирование бетона
• Способы выполнения армирования
• Материалы, используемые для армирования бетона

Цемент и вода являются основными, в производстве бетона, компонентами.

Соотношение воды и цемента, или как его называют, «водоцементное соотношение», «водоцементный модуль», «В/Ц» — важнейшая характеристика бетона. От его значения зависит прочность бетона: чем меньше В/Ц, тем прочнее бетон.
Самое распространенное соотношение, применяемое на практике: В/Ц 0,3—0,5. Если соотношение меньше, то бетон имеет низкую пластичность, увеличение количества воды снижает прочность.

Цемент (от латинского caementum — «щебень, битый камень») — искусственный строительный материал, вяжущее вещество. При взаимодействии с водой образует пластичную массу, которая при затвердевании превращается в камневидное тело. В основном, цемент используется для изготовления бетона и строительных растворов.

Виды и классификация бетона

В соответствии с ГОСТ 25192-2012 «Бетоны. Классификация и общие технические требования» и ГОСТ 7473-2010 «Смеси бетонные. Технические условия» бетоны классификация по:

• назначению;
• виду вяжущего вещества;
• виду заполнителей;
• структуре;
• условиям последующего затвердевания.

По назначению выделяют:

• обычные бетоны — для промышленных и гражданских зданий;
• специальные бетоны — гидротехнические, дорожные, теплоизоляционные, декоративные, химически стойкие, жаростойкие, звукопоглощающие, для защиты от ядерных излучений.

По виду вяжущего веществавыделяют следующие виды бетона:

• цементные;
• силикатные;
• гипсовые;
• шлакощелочные;
• асфальтобетон;
• пластобетон или полимербетон.

По виду заполнителей различают бетоны на плотных, пористых или специальных заполнителях.

По структуре различают бетоны плотной, поризованной, ячеистой или крупнопористой структуры.

По средней плотности бетоны подразделяют на:

• особо тяжёлый (плотность свыше 2500 кг/м³);
• тяжёлый (плотность 2200—2500 кг/м³);
• облегчённые (плотность 1800—2200 кг/м³);
• лёгкий (плотность 500—1800 кг/м³) — керамзитобетон, пенобетон, газобетон, пемзобетон, арболит, вермикулитовый, перлитовый;
• особо лёгкий (плотность менее 500 кг/м³).

По содержанию вяжущего вещества и заполнителей бетоны подразделяют на:

• тощие (с пониженным содержанием вяжущего вещества и повышенным содержанием крупного заполнителя);
• жирные (с повышенным содержанием вяжущего вещества и пониженным содержанием крупного заполнителя);
• товарные (c соотношением заполнителей и вяжущего вещества по стандартной рецептуре).

Морозостойкость бетона — обозначается латинской буквой «F» и цифрами от 50 до 1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон.

Водонепроницаемость бетона — обозначается латинской буквой «W» и цифрами от 2 до 20, обозначающими давление воды, которое должен выдержать образец-цилиндр данной марки.

Заполнители и добавки для бетона

В качестве заполнителя могут использоваться природные или искусственные сыпучие каменные материалы. Занимая в бетоне до 80—85 % его объёма, заполнители образуют жёсткий скелет бетона, уменьшая усадку и предотвращая образование усадочных трещин.

Важной составляющей качества бетонной смеси является песок. Чем мельче песок, тем больше требуется минерального заполнителя и воды. Наличие в песке глины или глинистых частиц значительно снижает прочность бетона.

Применение добавок позволяет существенным образом влиять на смеси, бетоны и растворы придавая им специфические свойства. ГОСТ 24211-2008 «Добавки для бетонов и строительных растворов. Общие технические условия» предлагает следующую классификацию добавок:

Добавки, регулирующие свойства бетонных и растворных смесей:

• пластифицирующие добавки повышают подвижность бетонной смеси, тем самым позволяя получить заданную консистенцию при меньшем расходе воды;
• водоредуцирующие добавки позволяют получить высокоподвижные смеси с низким водосодержанием, следовательно, с относительно небольшим объёмом цементного камня;
• стабилизирующие добавки обеспечивают сохранность консистенции, тем самым предотвращая расслоение смеси при укладке и уплотнении;
• добавки регулирующие сохраняемость подвижности смеси востребованы в жаркое время года, при необходимости длительной транспортировки смеси;
• добавки увеличивающие воздухо- (газо) содержание смеси или воздухововлекающие добавки повышают морозостойкость, водонепроницаемость и устойчивость к коррозии, но несколько снижают прочность будущей конструкции.

Добавки, регулирующие свойства бетонов и растворов:

• замедлители применяют, когда возникает необходимость увеличить время до начала схватывания бетонной смеси в случае длительной транспортировки;
• ускорители сокращают время твердения бетона;
• повышающие прочность бетона — добавки этого типа увеличивают стойкость бетона к истиранию, ударам и раскалыванию;
• снижающие проницаемость — вещества, повышающие плотность структуры бетона;
• добавки повышающие защитные свойства по отношению к стальной арматуре применяют для предотвращения коррозии при непосредственном контакте бетона с арматурой в железобетонных конструкциях;
• добавки повышающие морозостойкость увеличивают количество циклов попеременного замерзания и оттаивания бетона без потери прочностных свойств;
• добавки повышающие коррозионную стойкость бетона в условиях среды, вызывающей ухудшение свойств материала;
• расширяющие добавки применяют с целью компенсировать усадку бетона в процессе эксплуатации конструкции.

Добавки, придающие бетонам и растворам специальные свойства:

• противоморозные добавки при растворении в воде сильно понижают температуру замерзания смеси, предотвращая её замерзание при транспортировке, а также препятствуют промерзанию свежеуложенного бетона в холодное время года;
• гидрофобизирующие добавки придают стенкам пор бетона водоотталкивающие свойства, увеличивая водонепроницаемость бетона, а также препятствует возникновению капиллярного эффекта;
• фотокаталитические добавки придают бетону свойства самоочищаться, в результате такой реакции происходит разложение практически любых встречаемых на стенах всякого сооружения загрязнений — пыли, плесени, бактерий, частиц выхлопных газов и т. д.

Обозначение бетонной смеси

Согласно ГОСТ 7473-2010, обозначение бетонной смеси должно состоять из:

• типа бетонной смеси;
• класса по прочности;
• марки по удобоукладываемости;
• при необходимости, марки морозостойкости, марки водонепроницаемости, средней плотности (для лёгкого бетона);
  обозначение стандарта.

Например, готовая к применению бетонная смесь тяжёлого бетона класса по прочности на сжатие В25, марки по удобоукладываемости П3, морозостойкости F200 и водонепроницаемости W6 должна обозначаться как БСТ В25 П3 F200 W6 ГОСТ 7473-2010. В коммерческой практике принято также выделять в отдельную категорию высокопрочные спецбетоны ВС и бетоны с применением щебня мелкой фракции СМ.

Прочность бетона, классы и марки бетона

Основной показатель, по которому определяться эксплуатационные свойства бетона — это его прочность на сжатие, именно по ней устанавливается класс бетона.

Прочность бетона — это характеристика, которая указывает способность противостоять внешним механическим воздействиям, она определяется, как максимальное давление в МПа (в мега паскалях), которое может бетон до разрушения. Показатель прочности бетона является основным при выборе марки бетона для строительства. Цифровое значение прочности бетона называют классом бетона — латинская буква «В».

Например, обозначение класса бетона «В25» означает, что стандартные кубики (150×150×150 мм), изготовленные из бетона данного класса, в 95 % случаев выдерживают давление 25 МПа.

В качестве показателя прочности бетона также используется понятие марка бетона — латинская буква «М». Марка бетона указывает максимальную нагрузку на сжатие, которую бетон способен выдержать, измеряемую в кгс/см2.

0,098066 МПа = 1 кгс/см2

Необходимо отметить, что проектную прочность застывший бетон набирает через 28 дней затвердевания.

Соответствие классов и марок бетона

Области применения бетона разных марок

Укладка, уплотнение и затвердевание бетона

Бетонная смесь после укладки должна быть как максимально оперативно уплотнена. При уплотнении удаляется воздух в образовавшихся воздушных карманах, а также распределяется цементное молоко для более плотного соприкосновения с твёрдыми фракциями бетона. Это повышает прочность готового бетона. Для уплотнения, чаще всего, используется вибрация. При виброуплотнении в монолитном строительстве используют ручные вибраторы, в блочном — вибропрессы.

Удобоукладываемость, подвижность и жесткость бетонной смеси

При выборе бетонной смеси важны не только марка (М) и класс прочности (В) бетона, но и его удобоукладываемость.

Удобоукладываемость бетона — способность бетонной смеси, в полном объеме, заполнять форму при заданном способе уплотнения и образовывать в результате уплотнения плотную, однородную массу.

По ГОСТ 7473-2010 в зависимости от показателя удобоукладываемости бетонные смеси подразделяет на следующие 4 группы марок:

1. Марки по расплыву конуса (Р1—Р6), где Р — расплыв;
2. Марки по осадке конуса (П1—П5), П — подвижность;
3. Марки по жесткости (Ж1—Ж5), Ж — жесткость;
4. Марки по уплотнению (КУ1—КУ), КУ — коэффициент уплотнения.

Подвижность бетона (П)

Подвижность рассчитывается по осадке конуса. То есть, это способность бетона расплываться и заполнять форму, в которую она помещена. В этом случае материал может быть жестким (малоподвижным — П1), подвижным (П2), сильноподвижным (П3), литым (П4) или текучим (П5).

Её определяют опытным путем. Смесь заливается в конус высотой 30 см. После снятия конуса измеряют величину осадка. Если форма сохранилась практически без изменений (осела на 1—5см) то такая смесь называется жёсткой.

Марки бетона по осадке конуса (по ГОСТу 7473-2010):

Применение:

• П1 — наиболее густой состав, который часто используется при изготовлении монолитных лестниц.
• П2 и П3 — применяют для стандартных построек.
• П4 — используется для работ с плотным армированием — высокий фундамент, колонны.
• П5 — заливаются исключительно в практически герметичные опалубки.

Факторы, влияющие на подвижность бетонной смеси

• вид используемого цемента;
• количество воды;
• водо-цементное отношение (В/Ц);
• вид пластификаторов;
• тип, качество и размеры наполнителей.

Водоцементное соотношение (В/Ц) — это главный фактор в рецептуре такой смеси. Поэтому её категорически недопустимо разбавлять водой для придания ей повышенной подвижности: нарушитcя качество бетона. Его прочность может снизиться на несколько классов.

Жесткость бетона (Ж)

Жесткость бетонной смеси характеризуется временем вибрирования, необходимым для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса бетонной смеси в приборе для определения жесткости. Измеряется в секундах.

Марки жесткости по ГОСТ 7473-2010

То есть, чем больше времени для уплотнения бетона, тем он становится жестче: Ж 5 — самый жесткий, Ж1 — наименее жесткий.

По ГОСТу 747З-94 бетоны по удобоукладываемости деляться на: подвижные (П) жёсткие (Ж) и сверхжёсткие (СЖ).

Армирование бетона

Армирование — это технология, направленная на повышение прочности, усиления материала другим материалом, у которого показатели прочности выше.

Технология армирования широко используется в строительстве, для укрепления строительных бетонных конструкций.

Бетон не пластичный материал, он способен выдержать большие нагрузки на сжатие, но не способен без дополнительного усиления выдерживать нагрузки на растяжение, изгиб и скручивание.

Армирование бетона — технология повышения прочности, несущей способности бетонной конструкции, методом добавления в бетонный раствор стальной или композитной арматуры, армирующей сетки или металлической фибры.

В результате армирования нагрузка, действующая на бетон, передаваться на армирующий каркас и распределяется по всей конструкции.

В результате армирования бетона получается новый вид строительных конструкций — железобетонные.

Железобетонная конструкция — строительная конструкция, выполненная из бетона с применением рабочей и конструктивной арматуры, с коэффициентом армирования не меньше минимального значения установленного настоящими строительными правилами. Усилия от всех видов воздействий в железобетонных конструкциях воспринимаются бетоном и рабочей арматурой.

Минимальный процент армирования — это предельно допустимое значение соотношения площади поперечного сечения армирующего материала к площади поперечного сечения армируемой конструкции, ниже которого резко повышается вероятность разрушения строительных конструкций. При показателе ниже 0,05% строительные конструкции нельзя называть железобетонными. В зависимости от особенностей планируемых и расчетных нагрузок минимальный показатель армирования может быть увеличен.

Максимальный процент армирования не должен составлять более 5%.

Способы выполнения армирования

В строительстве применяют разные технологии по усилению (армированию) строительных материалов и конструкций:

• Стержневое армирование. Каркас, созданный из стержней арматуры, распределяет нагрузки внутри железобетонной строительной конструкции, что позволяет выдерживать расчетные механические воздействия на растяжение и излом. В данной технологии используется стальная или композитная арматура.
• Дисперсное армирование. В жидкий бетон, добавляют металлическую или полимерную фибру, что уменьшает количество усадочных трещин, в технологии может использоваться одновременно и металлическая или композитная сетка. Используется при заливке стяжек, полов, а также для увеличения плотностных качеств строительных растворов.
• Слоевое армирование. При проведении работ используют металлическую или пластиковую сетку, которую располагают в слое штукатурки либо шпаклевки.
• Предварительно напряженное армирование. Стальной трос или арматуру предварительно натягивают и заливают бетонном. После высыхания арматура / трос передает бетону силу предварительного натяжения, что позволяет железобетонной конструкции способность выдерживать расчетные растягивающие нагрузки.

Для разных видов железобетонных конструкций используются соответствующие схемы армирования.

Материалы, используемые для армирования бетона

В соответствии с действующими ГОСТ’ами и СНИП’ами для армирования бетона и изготовления железобетонных конструкций, в соответствии с условиями последующей эксплуатации, необходимо использовать:

Стальную рифленую арматуру А3, в качестве рабочей арматуры	Композитную арматуру
Стальную гладкую арматуру А1, в качестве конструктивной арматуры	Арматурные канаты
Металлическую сварную сетку из проволоки периодического профиля	Композитную сетку
Холоднотянутую проволоку из низкоуглеродистой стали, для вязки арматуры	Стальную фибру

Смотрите также статьи:

• Классы и сортамент арматуры
• Виды строительной арматуры
• Арматурные работы
• Расчет площади поперечного сечения арматуры
• Как рассчитать арматуру на ленточный фундамент?
• Как рассчитать арматуру на столбчатый фундамент?
• Как рассчитать арматуру для заливки фундамента?
• Как вязать арматуру?
• Производство и свойства композитной арматуры
• Армирование стяжки