Плотность бетона — что нужно знать?

Основной характеристикой бетонного раствора, влияющей на качество и прочность бетона после высыхания, является его плотность. В зависимости от добавляемых компонентов плотность бетона может изменяться как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. В процессе застывания раствора жидкость испаряется и плотность бетонной смеси увеличивается. Чтобы при этом не образовывались пустоты, можно делать раствор из смеси глиноземистого или пуццоланового портландцемента. Плотность раствора можно также увеличивать за счёт повышения соотношения количества цемента к количеству воды, но при этом уменьшается текучесть раствора, возникают проблемы с заливкой и укладкой.

Плотность раствора определяет вес и прочность бетонного изделия. По этому показателю бетон делится на классы или марки, на которые ориентируются конструкторы при производстве расчётов и выборе материала для конструкционных элементов зданий и сооружений. Использование специальных добавок — пластификаторов позволяет совершенствовать общие показатели применения готовой к применению смеси. В соответствии с принятой классификацией марок бетона, его состав регламентирован требованиями ГОСТа.

Качественные показатели бетона

Удельный вес или плотность бетона в количественном отношении определяется как отношение массы продукта к его объёму. Он напрямую влияет на качественные характеристики конечной бетонной продукции. А на величину плотности влияют следующие факторы:

• Состав замеса для приготовления бетона, где в виде заполнителя могут применяться щебень, гравий или керамзит. Более плотный щебень будет в конечном итоге определять и больший удельный вес конечного раствора по сравнению с бетоном с керамзитовым заполнителем.
• Качество и марка применяемого цемента.
• Зернистость и тип песка.
• Использование пластификаторов.
• Состав воды, используемой для разведения раствора.

К основным качественным показателям бетона относятся:

1. Прочность, определяющая долговечность и срок эксплуатации конечной продукции.
2. Однородность, зависящая от диффузионных и адгезионных свойств его компонентов.
3. Упругость, отражающая способность раствора полностью заполнять форму опалубки.
4. Пористость, обеспечивающая «дышащие» свойства материала.

Пористость является показателем, обратным по значению плотности бетона. Она также влияет на прочность бетонного изделия, только в обратной пропорциональной зависимости, т.е. чем больше этот показатель бетона, тем меньше прочность изделия. Пористость бетонного материала возникает вследствие наличия внутри него микроскопических пустот различных объёмов. Её величина показывает соотношение суммарного объёма всех внутренних пустот к объёму материала.

Поры образуются в процессе затвердевания материала из-за испарения жидкости, их объём зависит от многих факторов, в том числе, пропорции составляющих компонентов, зернистость заполнителя, влажность готового раствора. При приготовлении замеса следует руководствоваться инструкцией и помнить: чем жиже раствор, тем пористее будет бетон после застывания. Опытные строители на практике «набивают глаз» по оптимальной пропорции воды и наполнителей, необходимой для получения нужного результата и пористости бетона.

Видео: Проверка бетона на прочность

Классификация материала по удельному весу

По значению средней плотности установлены следующие типы бетона:

1. Особо тяжелый вид с удельным весом свыше 2500кг/м3. В таком бетоне в виде заполнителя применяются стальные элементы, железная руда или магнетит. Примерами особо тяжёлых типов являются магнетитовый, баритовый бетон, сталебетон и т.д. Они используются для возведения особо прочных защитных блоков и дамб, например, в строительстве атомных электростанций для защиты персонала от радиации.
2. Тяжёлый тип с плотностью 2-2,5 т/м3, в котором заполнителями являются плотный песок, гранит, мрамор, известняк и другие горные минералы. Этот тип находит основное применение в строительстве объектов тяжёлой промышленности, например, в возведении опор для мостов, линий электропередач, заливки фундаментов многоэтажных зданий.
3. Облегчённый тип имеет среднюю плотность 300-2000 кг/м3. Стандартным заполнителем в облегчённом типе бетона является щебень. Этот тип известен среди потребителей под названием обычного бетона, широко применяемого в возведении монолитных и блочных жилых домов, заливке фундаментов под малоэтажные здания.
4. Лёгкий тип, обладающий удельной массой в пределах 500-1800 кг/м3, использует пористый наполнитель в виде пемзы или керамзита. Среди лёгких типов бетона принято различать 2 их вида: более плотный (1,4-1,8 т/м3) конструктивный бетон и менее плотный (0,5-1,400 т/м3) теплоизоляционный бетон. Оба вида широко практикуются в строительстве жилого сектора и бизнес-объектов. Особую актуальность они имеют при возведении зданий в районах с повышенной сейсмической опасностью.
5. Особо лёгкий тип, имеющий плотность не более 500 кг/м3, включает в виде заполнителя такие породы камня, как арболит или перлит. В число особо лёгких типов входят пено- и газобетоны. Они часто применяются при возведении и утеплении стен, перекрытий, перегородок в жилых зданиях и служебных постройках.В строительстве нередко при возведении одного сооружения в зависимости от назначения и степени нагрузки могут использоваться разные типы бетона.

Видео: Проверка прочности железобетонной конструкции

Способы регулирования плотности бетона

В случае, когда требуется дополнительное повышение плотности материала, достигнуть его можно несколькими способами:

• использованием особых марок цемента, обладающих способностью расширяться или не усаживаться при высыхании раствора;
• применением гидравлических добавок, к примеру, гидроокисид железа или пемзы, которые заполняют собой образующиеся при высыхании бетона поры;
• добавлением поверхностно-активных компонентов, увеличивающих пластичность бетонного раствора;
• использованием жидкого стекла, которое обеспечивает усиление межкомпонентных связей в бетоне;
• уменьшением влажности раствора за счёт повышения содержания цемента и снижения объёма воды.

В противоположном случае, когда нужно уменьшать плотность материала, достигнуть нужной цели можно посредством:

• использования пористых заполнителей, обладающих малым удельным весом;
• применения технологии вспенивания в процессе затвердевания бетона;
• повышения влажности раствора за счёт изменения концентрации воды и цемента.

Для получения максимальной плотности бетона следует тщательно выбирать нужный заполнитель с соответствующим фракционным составом, чтобы обеспечить минимальную пористость.

Видео: Как немцы подготавливают площадку для укладки тротуарной плитки, брусчатки

Особенности подготовки и укладки бетона

Замешивание бетонного раствора может производиться вручную или с помощью бетономешалок. При этом оно должно выполняться до получения однородной сметанообразной консистенции. Для проверки готовности раствора по плотности можно использовать следующий испытанный на практике способ. Дать раствору отстояться немного до образования на поверхности воздушных пузырьков. Затем нужно взять на лопату немного раствора, встряхнуть его и перевернуть лопату. Если раствор прилипает и падает не сразу, нужно добавлять воды или песка. Основным компонентом, влияющим на плотность материала, является наполнитель, т.к. в пропорциональном отношении он занимает наибольший объём в смеси. При использовании гравия и щебня их плотность должна вдвойне или втройне превышать расчётную плотность получаемого бетона, так как бетон обладает способностью со временем увеличивать свою прочность. При этом мелкие фракции заполнителя уменьшают пористость бетона.

Технология укладки раствора также оказывает влияние на плотность бетона после его затвердевания. Важной процедурой в этом отношении является трамбовка залитого бетона, которая направлена на выдавливание воздушных пузырьков изнутри раствора на его поверхность. Более плотные марки бетона требуют более тщательной трамбовки, для чего могут применяться различные ручные и механизированные приспособления, например, электрические или пневматические вибраторы.

Процедуру уплотнения следует проводить до тех пор, пока на поверхности раствора не появится характерная пенка или молочко. Это результат вытеснения наружу излишков влаги и воздуха изнутри раствора. Тем самым достигается высокая плотность и прочность материала. Для вытеснения воздуха изнутри бетонного раствора наружу могут применяться и другие способы в виде втыкания в бетон железных штырей или вакуумирования.

Последний метод относится к наиболее прогрессивным способам и широко практикуется в дорожном строительстве для повышения плотности асфальтобетонного дорожного покрытия. Вакуумирование эффективно при использовании марок цемента на основе шлакосиликатных компонентов. Все марки бетона в соответствии с принятой классификацией по плотности принято обозначать латинской буквой D с добавлением чисел, обозначающих его удельную массу в кг/м3. При этом диапазон марок лежит в пределах D200-D5000, например, к лёгким маркам бетона относятся D500 – D1800 и т.д.

Некоторую путаницу для неосведомлённых пользователей может внести разделение бетона по классу, обозначаемое буквой «В», и по прочности на сжатие, обозначаемое буквой «М» и измеряемое кг/см2. Повышая плотность бетона, потребитель достигает улучшения его физических и механических показателей, а также таких эксплуатационных качеств, как водонепроницаемость, морозоустойчивость, долговечность, прочность и противодействие коррозии.