Плотность бетона: как достичь оптимальных результатов без особых трудов?

Что такое плотность бетона?

В теории бетон определяется как камень, полученный искусственным путем в результате твердения бетонной смеси, то есть твердое вещество. На практике бетонами могут называть также бетонные смеси — жидкости, растворы, в состав которых помимо воды, в классическом варианте, входят цемент, щебень и песок. Отсюда понятно, что плотность бетона зависит от плотности каждого исходного компонента и их пропорции в смеси. Но не только от этого.

Цемент вне зависимости от его объемной/весовой доли является главным компонентом, так как именно он связывает воедино все составляющие и закрепляет эту связь, затвердевая до состояния цементного камня. По мере того, как протекает реакция гидратации цемента и его кристаллизация, раствор меняет свою плотность, за счет чего набирается прочность. Конечный результат зависит не только от марки цемента и качества воды, но и от водоцементного соотношения, а также от внешних условий во время созревания.

В зависимости от плотности бетоны могут быть суперлегкими, легкими, тяжелыми и супертяжелыми. Все виды находят себе применение:

1. Суперлегкие хороши как теплоизоляционный материал.
2. Легкие — экономичны, имеют небольшой вес, а благодаря применению различных наполнителей и современных присадок, многие их параметры могут быть улучшены. Это можно сделать даже самостоятельно, что уж говорить о высокотехнологичном производстве. Сейчас даже из газобетона изготавливают ответственные конструкционные единицы. Например, панели перекрытия, линейный размер которых доходит до 6 метров.
3. Плотные тяжелые бетоны используют там, где идет строительство особо крупных гражданских сооружений, а также и промышленных, эксплуатация которых предполагает большие перегрузки.
4. Наконец, супертяжелому бетону свойственна самая большая плотность. Из всех он самый прочный и самый дорогой. Как правило, содержит тяжелые металлические наполнители. Способен выдерживать экстремальные эксплуатационные условия. Применяется на испытательных полигонах, гидротехнических и атомных объектах. Защищает от мощных ударных нагрузок и многократно превышающего нормы радиационного излучения.

Ориентировочное численное значение плотности для разных видов бетонов легко найти в интернете или в справочной технической литературе.

Плотность и объемный вес бетона

В реальном строительстве большое значение имеют такие параметры, как масса одного кубометра бетона или его объемный вес. С их помощью рассчитывается силовая статика и динамика, нагрузка на основание, а также вопросы замеса и перемещения раствора или смеси. Для элементарных расчетов веса или массы необходимо знать объем и плотность. Существуют разные плотности при расчетах строительных материалов:

1. Истинная, соответствующая плотности монолита того или иного однородного вещества.
2. Лабораторная плотность смеси — учитывает плотности составляющих и не учитывает влажность и воздушную прослойку.
3. Средняя плотность. Именно по ней рассчитывается материал в нормальном естественном состоянии, с порами, пустотами и влагой. Для сыпучих стройматериалов среднюю плотность называют насыпной, так как материал насыпается в емкость, размер которой принимают за меру объема. Среднюю плотность можно определить экспериментально или используют эмпирически установленные табличные значения.
4. В теории используется еще относительная плотность — отношение плотности средней к плотности воды при температуре +4 градуса.

Визуально нетрудно определить, что после перемешивания смеси, ее итоговое количество существенно уменьшается в объеме. Дело в том, что процесс перемешивания идет с уплотнением, освобождением от пустот, заполненных газом, которые изначально дают основной расширяющийся эффект. Для классического бетонного состава — цемент, щебень, песок, вода — объем смеси на входе в смеситель на 60-70% больше, чем на выходе. Точная разница зависит от свойств смесителя: ручная бетономешалка или же мощная техника, применяемая в промышленном производстве стройматериалов.

На плотность влияет и подвижность состава. Если нужно получить тяжелую бетонную смесь с высокой плотностью, объем выходной массы будет меньше. Если имеем дело с более жидкий раствором, плотность уменьшится, а объем увеличится.

Когда замешивают бетонную смесь или раствор важно правильно рассчитать объем сухих компонентов на замес: объем выходной бетонной смеси умножается на отношение лабораторной плотности бетона к насыпной плотности.

Марки бетона, вес бетонной смеси

Главное полезное свойство бетона — его прочность, то есть способность сопротивляться механическим нагрузкам. Она может быть разной и определяется опытным путем в лаборатории: стандартные кубические емкости заливаются бетонной смесью которая после заливки выдерживается 28 суток до полного созревания. Твердые кубы помещают под пресс и сдавливают до начала разрушения. Величина давления в этот момент фиксируется. Испытывают много образцов с одинаковыми свойствами и определяют среднее значение давления, которое выдерживает бетон. Выраженное в кгс/см2 оно будет соответствовать марке бетона — «М».

К примеру, марка бетона М300 означает, что он может выдержать в среднем удельное давление 300 кг/см2. Марка М300 очень популярна и соответствует серединному значению цена-качество между легкими бетонами М100 и М200 и тяжелым М400. В индивидуальном строительстве этот материал вполне подойдет, чтобы создать достойный фундамент или плиты перекрытия. Как можно догадаться, чем больше число в обозначении марки, тем больше плотность и, соответственно, вес бетонной смеси, а впоследствии и твердой бетонной конструкции.

На практике и в расчетах, используется не марка, а такой параметр, как класс бетона — «В», который соответствует не среднему, а обеспеченному значению прочности с вероятностью не ниже 0,95.

Значению марки бетона может соответствовать не один класс, что объясняется разными условиями на разных строительных объектах. Например, там, где используются качественные, чистые компоненты бетонной смеси, отмеренные точными весами, а процесс перемешивания осуществляют автоматические бетоносмесители, качество бетона будет сильно отличаться от того, что получается в условиях ручного смешивания пыльных наполнителей. При том, что марка будет одна и та же.

Часто задаваемые вопросы

Как усилить плотность бетона самостоятельно?

Самый прямой путь к тому, чтобы улучшить прочностные качества бетона — сделать все, чтобы увеличить плотность.

Изменение качественного и количественного состава смеси

Основные материалы бетонной смеси — это цемент, щебень, песок, вода. Для того, чтобы выбрать бетон нужной плотности, нужно правильно определить необходимое качество каждого компонента и выбрать правильное их соотношение.

Пропорция песок-щебень может быть разной, однако если нужно повысить общую прочность, а значит и плотность, количество щебня должно преобладать.

Выбрать щебень более высокой марки и фракции, а также песок более крупной фракции. Щебень особенно важен, так как на него приходится большая часть объема и большая масса. У щебней тоже есть марки, которые напрямую зависят от их плотности. Самая высокая марка сверхпрочного и плотного гранитного щебня — М 1200-1400. Тяжелые щебни больше подходит, когда ведется строительство таких объектов, как главные автодороги, мосты, аэродромы. Они выдерживают колоссальные нагрузки, не дробятся при утрамбовывании мощными катками. Но при этом это очень дорогой материал, содержащий магматические породы, зачастую имеющие повышенный радиоактивный фон. Чаще используется более дешевый и с ничтожным радиоактивным фоном гравийный щебень. Если выбрать его более прочную марку и более крупную фракцию, можно существенно повысить плотность.

Выбрать более высокую марку связующего компонента — цемента.

Еще один простой и эффективный способ

Суть способа — изменение водо-цементного соотношения.

Вода необходима для процесса гидратации, который ведет к образованию цементного камня, ее количество должно составлять 18% массы цемента. Однако в реальном строительстве для получения нужной удобоукладываемости растворов воды берется значительно больше. Лишняя вода, которая не задействована в гидратации, естественно, испаряется, что провоцирует появление ненужной пористости, которая снижает прочность. Особенно при избытке воды страдают легкие виды бетонов, удельный ВЕС которых не превышает 300-700 кг/м3.

Самое лучшее и самое простое решение вопроса изменения водоцементного соотношения, снижения содержания воды с сохранением подвижности — добавить в раствор пластификатор. Добавки-пластификаторы сохраняют подвижность смеси или раствора без применения лишней воды. А современный тип пластификаторов — суперпластификаторы еще и усиливают такие важные качества, как морозостойкость, сопротивление образованию трещин, водонепроницаемость. Производства компании GOODHIM могут предложить такие пластификаторы:

• GOODHIM FROST TF R, который с успехом используется в зимних растворах и смесях;
• GOODHIM INTERPLAST AT R — для летнего строительства.

А также суперпластификаторы:

• GOODHIM INTERPLAST AT универсальный;
• GOODHIM INTERPLAST AT F для фундаментов;
• GOODHIM INTERPLAST AT для теплых полов.

От чего зависят показатели прочности бетона?

1. Для получения бетона нужной прочности бетона, первое, что нужно сделать — правильно подобрать состав бетонной смеси и определить пропорции ингредиентов:
2. выбрать цемент той марки, которая более всего подходит для данного вида строительства; как правило, марка цемента выбирается выше марки бетона;
3. определить наполнители — песок, щебень или другие добавки, параметры которых обеспечат нужную прочность; усилению прочности способствует: песок с крупной зернистостью, более высокая фракция щебня, а также присутствие минимума пыльных примесей; для повышения прочности доля песка должно быть меньше, чем щебня;
4. при добавлении воды соблюдать водоцементное соотношение, если смесь или раствор теряют удобоукладываемость, применить пластификатор.
5. Очень важный фактор — качество смешивания. Недостаточное смешивание ведет к неоднородности, то есть к тому, что плотность будет разной на разных участках. Такой стройматериал плохо влияет на всю конструкцию, так как содержит ослабленные зоны с пониженной плотностью.
6. Прочностные характеристики уже уложенного бетона значительно повышает его уплотнение методом штыкования, трамбования и вибрации. При этом удаляются пузырьки воздуха, и лишняя вода всплывает на поверхность.
7. Чтобы не потерять прочность бетона, за ним необходим постоянный уход до полного ее набора: своевременный полив для поддержания во влажном состоянии, защита от солнечного света и от мороза, оберегание от механических сотрясений и температурных перепадов.

Плотность бетона кг/м3: таблица, классификация, марки

Как говорилось ранее, классификация бетонов подразумевает марки и классы. Есть еще деление на виды: особо легкие, легкие, тяжелые, супертяжелые. Вид бетона однозначно связан с его средней плотностью: для особо легких — не более 800 кг/м3, для легких — не более 2000, для тяжелых — порядка 2500 и супертяжелых — более 2500. В то же время для каждой марки имеется довольно большой разброс по плотности. Это связано с тем, что состав бетонной смеси может включать разные зернистые компоненты и даже разные связующие.

Крупный наполнитель — это не обязательно гранитный щебень. Для примера рассмотрим бетон популярной марки М300. В его технических данных из разных источников можно с равной вероятностью встретить значение плотности 1800 кг/м3 и 2600 кг/м3. Разница огромная, а связано это с тем, что в первом случае наполнителем был доломитовый, то есть известняковый щебень, а во втором — гранитный, плотность и прочность которого значительно превосходит показатели для известняковых пород. Снижают плотность бетона любой марки:

• более легкие добавки-наполнители — шлаковый и керамзитовый щебень;
• более легкие связующие, заменяющие цемент; например, строительный гипс, насыпная плотность которого намного меньше насыпной плотности цемента.

В качестве мелкозернистой добавки в бетонную смесь всегда использовался песок, желательно очищенный. На среднюю плотность смеси его фракция не оказывает особого влияния. Сейчас ведутся эксперименты по частичной или полной его замене глиной, которая принципиально отличается по структуре и в зависимости от сорта имеет разный удельный вес. Наибольшего результата добились сингапурские ученые, создав экологичный прочный бетон с добавкой из низкосортной глины. Эта глина предварительно проходит термическую обработку и может заменить пока что только половину песка. Это к тому, что бетон — материал, который вызывает не только практический, но и научный интерес.

Однако приоритет остается за традиционными бетонными смесями, особенно тяжелыми, с высокой плотностью. О том, насколько широко они используются можно узнать из таблицы.

Таблица. Применение популярных марок тяжелых бетонов в зависимости от их плотности.

Примечание: в состав всех приведенных марок в качестве связующего используется цемент, а в качестве крупнозернистого наполнителя щебень и/или гравий.

Часто задаваемые вопросы