Физико-механические свойства бетона

1. Классификация бетонных смесей
2. Эксплуатационные свойства раствора
3. Прочность на сжатие
4. Удобоукладываемость
5. Морозостойкость и водонепроницаемость
6. Истираемость
7. Теплопроводность бетонной смеси
8. Деформативные свойства бетона
9. Прогревание бетона зимой

Бетоном называется строительный материал, полученный путем смешивания вяжущего вещества, в основном цемента, с водой и заполнителями в виде песка, щебня или других материалов в различной пропорции. Некоторые виды бетона могут не иметь в своем составе воды, например асфальтобетон.

В данной статье будут рассмотрены основные физико-механические свойства бетона, знания о которых просто необходимы при проведении самостоятельных строительных работ. Без данных инженерных знаний неопытный строитель рискует получить непрочную и недолговечную бетонную конструкцию.

Классификация бетонных смесей

В соответствии с ГОСТ 25192-2012 и 7473-2010 бетоны различают по следующим характеристикам:

• по вяжущему веществу подразделяется на цементный, гипсовый, силикатный, шлакощелочной, полимербетон и асфальтобетон;
• по количеству вяжущих веществ: тощий, жирный, товарный;
• по видам используемых заполнителей – бетон бывает на основе пористых, плотных и специальных материалов;
• по своему предназначению: обычный, декоративный, дорожный, гидротехнический, теплоизоляционный, жаростойкий, химостойкий, звукоизоляционный и т. д.;
• по структуре: плотный, крупнопористый, поризованный и ячеистый бетон.

Помимо вышеперечисленных свойств, виды бетонов подразделяются также по такому критерию, как объемная масса. Согласно такой классификации, бетон бывает:

• особо легкий, его плотность меньше 500 кг/м³;
• легкий, плотностью от 500 кг/м³ до 1800 кг/м³;
• облегченный, его плотность колеблется от 1800 кг/м³ до 2200 кг/м³;
• тяжелый, плотностью 2200 – 2500 кг/м³;
• особо тяжелый, плотностью более 2500 кг/м³.

К легким бетонам относятся перлитовый бетон, керамзитобетон, пенобетон, газобетон, пемзобетон. К особо тяжелым бетонам относятся магнетитовый, лимонитовый и баритовый бетоны.

Эксплуатационные свойства раствора

В маркировку бетонной смеси должны входить следующие параметры:

• класс бетона по прочности;
• степень готовности;
• показатели по удобоукладываемости, средней плотности, а также марки по морозостойкости и водонепроницаемости;
• стандарт (ГОСТ).

Следует рассмотреть эти параметры по отдельности.

Прочность на сжатие

По этому показателю обеспечивается класс бетона. Классом бетона называется маркировка, обозначающая прочность стандартного кубика из данного бетона (размером 150х150х150 мм), то есть величину давления в МПа, которое может выдержать этот кубик.

Например, класс бетона В20 означает, что изготовленный из этого бетона кубик стандартных размеров выдерживает среднее давление до 20 МПа. Кроме класса, задается также марка бетона по предельной прочности на сжатие, обозначается она буквой М.

Прочность бетона определяется опытным путем, посредством испытания специально изготовленных из данного бетона брусков различного размера на гидравлическом прессе. Исходя из данных, полученных при испытании, производится расчет прочности бетона на изгиб и сжатие по формуле, учитывающей вес и размеры образцов.

Удобоукладываемость

Обозначается буквами П, Ж и СЖ. Согласно данному параметру различают:

• подвижный бетон, жесткость меньше 4 секунд;
• жесткий бетон, жесткость 5-50 секунд;
• сверхжесткий бетон, жесткость больше 50 секунд.

Подвижность смеси различают также по такому показателю, как осадка конуса. Этот метод позволяет быстро определить степень усадки бетонной композиции. Для этого в металлическую форму, которая имеет вид конуса, тремя слоями укладывается бетонная смесь. Затем форма переворачивается, освобождая раствор. Далее по степени его оседания определяют текучесть бетонной смеси.

Соотношения марки по удобоукладываемости, осадке конуса и норме по жесткости можно увидеть в соответствующей таблице, согласно ГОСТ 7473-2010.

Для бетононасоса используют только подвижные смеси марок П4 и П5.

Морозостойкость и водонепроницаемость

Морозостойкость обозначает количество замерзаний и последующих оттаиваний, которое может выдержать данная бетонная композиция. Обозначается буквой F.

Водонепроницаемость обозначает давление воды, которое может выдержать стандартный цилиндр из данной бетонной смеси. Обозначается буквой W.

Истираемость

Истираемость обозначает сопротивление бетонной смеси истиранию. Чем выше истираемость, тем дольше будет срок службы бетона. Проверка образца на истирание производится при помощи стального шарика или шлифовального круга. Для повышения истираемости важно соблюдать влажное твердение бетонной композиции. Обозначается буквой G.

Теплопроводность бетонной смеси

Теплопроводность - очень важный параметр определения возможных теплопотерь для конструкций из бетона. Самую низкую теплопроводность имеют пористые бетоны. Чем меньше плотность бетонной смеси, тем меньше ее теплопроводность. Но композиции низкой плотности непрочные, а это одна из самых больших проблем для создания смесей с малой теплопроводностью.

Коэффициент теплопроводности определяется количеством тепла, которое в течение часа проходит через один кубический метр материала при разности температур в 1° С. Для бетона этот коэффициент зависит от его заполнителя, а также от показателя влажности, особенно у ячеистого бетона.

К примеру, коэффициент теплопроводности ячеистого бетона плотностью 600 кг/м³ составляет 0,14 Вт, а у шлакопемзобетона плотностью 800 кг/м³ он составляет 0,16 Вт. Данные значения не бывают постоянными, это усредненный показатель.

Деформативные свойства бетона

Величина деформации бетона, возникающая в процессе его эксплуатации, зависит от его структуры, а также от технологии его производства и от ряда других факторов. Чтобы оценить степень деформации, используются такие понятия, как усадка, расширение, упругость и ползучесть бетонной смеси.

Первоначальная усадка бетона начинается сразу после его укладки, а ее величина зависит от его состава и свойств входящих в его состав материалов. Бывает горизонтальная и вертикальная усадка бетонной смеси.

Если при укладке бетонной смеси используется давление, например, при изготовлении железобетонных изделий, то после его исчезновения проявляются такие свойства материала, как расширение и упругость. Чем сильнее сжималась бетонная смесь, тем сильнее она будет расширяться после того, как убрали нагрузку.

Ползучесть бетона характеризует увеличение деформаций со временем при постоянной нагрузке. Способствует перераспределению напряжений, тем самым проявляя свое положительное свойство. Зависит от прочности, жирности и возраста бетона, а также от его заполнителя и от содержания воды в смеси.

Прогревание бетона зимой

Для укладки бетона даже в зимнее время требуется температура выше 0° С, потому что при замерзании смеси начинается ее гидратация. Поэтому разработано несколько способов для прогрева бетонной композиции, например, с помощью электрического тока, создаваемого электродами, или с помощью находящегося в смеси или в конструкции нагревательного провода ПНСВ, подсоединенного к трансформаторам мощностью от 20 до 100 кВт.

Иногда используется специальная опалубка для прогрева, а также термоматы. Менее распространены индукционный и инфракрасный методы подогрева.

Для этой цели следует правильно рассчитать удельное сопротивление бетона, которое считается по специальной формуле в зависимости от эмпирического коэффициента цемента, количества воды и расхода цемента.

Также необходимо рассчитать модуль поверхности бетона равный отношению прогреваемой площади заливки или конструкции к ее объему. Следует учесть, что площадь и объем замерзшего и подтаявшего грунта будут разными.

Вот краткий обзор основных физико-механических свойств бетонных смесей. Для более подробного ознакомления советуем использовать соответствующие ГОСТ и СНиП, которые послужат хорошим подспорьем для начинающего строителя.