Прочность бетона

Среди огромного разнообразия строительных материалов одним из востребованных является бетон. Используется он повсюду – при заливке фундаментов, в производстве ЖБИ, в монолитных и других работах. Качество бетона определяется морозостойкостью, плотностью, водонепроницаемостью, подвижностью. Но одной из наиболее важных характеристик считается прочность.

Что такое прочность бетона и на что она влияет

Способность бетона выдерживать после затвердевания химические и физические воздействия, сопротивляться механическим и другим нагрузкам называют его прочностью. Эта характеристика является ключевой при выборе способа строительства с использованием материала, а также надежной и долговечной эксплуатации сооруженных из него конструкций и сооружений.

При проектировании строительного объекта обязательно необходимо учитывать способность выдерживать механические, ветровые и прочие нагрузки. Первоочередное значение здесь отводится прочности бетона. Если использовать материал с недостаточной прочностью, то впоследствии это может стать причиной образования трещин и даже полного разрушения конструкции.

Основные виды прочности

Существуют разные виды прочности бетона:

• нормируемая – указанное в техническом документе значение, которому должна соответствовать изготовленная смесь. Часто такую прочность называют проектной;
• передаточная – прочность материала, когда напряженная арматура не проскальзывает на момент ее снятия с кондукторов;
• отпускная – прочность, при которой готовый бетонный состав с завода отгружается покупателю. Определяется показатель с учетом времени, которое занимает доставка материала на объект, монтажные работы и последующее нарастание прочности в созданных из бетона конструкциях зависимо от времени года и климатических условий;
• распалубочная – минимальное значение набранной прочности, при которой не повреждая бетон можно снимать опалубку;
• проектная (марочная) – прочностной показатель в возрасте бетона 28 суток. Этого времени достаточно для застывания раствора и достижения им 100% прочности;
• требуемая – это средний минимально допустимый показатель исследуемой партии бетона, который соответствует нормируемой прочности однородного состава бетонной смеси;
• фактическая – это рассчитанный с использованием отдельных партий раствора и созданных из него конструкций средний показатель прочности;
• критическая – верхняя черта минимальной прочности, достигая которую бетон приобретает стабильное состояние. Если после этого раствор заморозить, то это нисколько не повлияет на прочность и не изменит структуру бетона. Зная виды прочности бетона, можно безошибочно составить план строительства и соорудить надежную, прочную, долговечную конструкцию.

От чего зависит прочность бетона

Основой бетонного раствора является цемент. В порошкообразном состоянии он смешивается с водой и заполнителями, превращаясь в жидкий готовый к использованию состав. После этого наступает процесс затвердевания. Итоговая прочность бетона зависит от нескольких факторов.

Активность цемента

Данный критерий определяет прочность бетона. Показатель напрямую зависит от следующих характеристик:

• тонкость помола. Для быстрого набора прочности бетона следует использовать цемент с минимальными размерами песчинок. Цемент крупного помола не полностью вступает в реакцию, что на прочности конструкций сказывается негативно;
• химический состав клинкера. Если он присутствует в негашеной извести, то намного дольше цемент сохраняет свою активность;
• примеси. При высоком содержании окиси магния в цементе его активность уменьшается. Если концентрация данного вещества не превышает 2%, то набор прочности ускоряется;
• свежесть. Требуемой прочности бетона сложно достичь, если цемент хранился в помещении с повышенной влажностью. Поэтому использовать в приготовлении раствора следует свежий цемент.

Учитывая все факторы, можно сделать вывод, что на прочностные характеристики бетона влияют свежесть, состав и степень помола цемента.

Количество воды

Качество бетонного раствора напрямую зависит от соотношения вода/цемент. При недостатке жидкости смесь получится жесткой и уплотнить ее невозможно это влечет за собой образование полостей и крупных пор, что негативно сказывается на прочности бетона.

Излишек воды приводит к возникновению пор, наличие которых уменьшает срок службы и эксплуатационные характеристики строительной конструкции. Поэтому важно строго соблюдать пропорции цемента и воды.

Заполнители

В бетонную смесь помимо цемента и воды добавляют заполнители. Это могут крупнофракционные в виде щебня или гравия, и мелкофракционные, например, песок. Исходя от вида заполнителя бетоны делятся на мелкозернистые и тяжелые. Первая разновидность на основе мелких заполнителей, вторая – крупных.

Как заполнитель влияет на прочность? Прочностные характеристики бетона при использовании мелкофракционного заполнителя уменьшаются. Крупный заполнитель улучшает адгезию за счет шероховатой поверхности и соответственно увеличивает прочность материала.

Температурные условия

Затвердевание смеси происходит лучше, когда относительная влажность окружающей среды составляет 90-100%, температура – от +15 до +20°С. При высших показателях температуры и сухости бетон утрачивает влагу, что провоцирует появление трещин, если температурный показатель ниже 0°С раствор перестает отвердевать.

Качество замеса

Прочность бетона зависит от степени уплотнения всех компонентов при его приготовлении. При загрузке в бетономешалку всех компонентов за исключением песка с частичной заливкой водой цемент лучше растирается за счет воздействия крупного заполнителя. Далее добавляют другие компоненты. При таком способе активируется даже лежалый определенное время цемент.

Перемешивание цемента при его одновременной активации с песком способно всего лишь на 30-40% увеличить активацию цемента.

Чем плотнее между собой связаны все частицы бетона, тем прочнее и долговечнее будет созданное из него строение или изделие.

Армирование

Прочность увеличивается, если бетонные конструкции укреплены арматурой. В конструкциях арматуру дополнить или заменить можно способом объемного армирования с добавлением фибры, противостоящей образованию трещин.

Обработка при укладке

Плотность бетона определяет его прочностные свойства. Чтобы после заливки не образовывались полости и крупные поры свежеуложенный бетон обрабатывают способом вибрации. Зачастую в смесь также добавляют пластификаторы, наличие которых замещает вибрацию.

Классификация бетона по прочности

Основная прочностная характеристика материала – прочность бетона на сжатие. По данному показателю выделяют классы бетона, обозначаемые в маркировке символом В.

В зависимости от прочностных свойств различают бетоны:

• средней прочности – при сжатии класс прочности В50 и меньше;
• высокопрочные – класс прочности выше В50.

Существуют разные марки бетона. В маркировке они обозначаются цифрами после буквы М. Определяется путем создания из приготовленной смеси кубиков с гранями 15 см. Образцы подвергаются испытаниям. Таким образом получают прочность бетонных кубиков в МПа. За счет такого способа испытания появилось название «кубиковая прочность бетона».

По ГОСТ марка бетона по прочности может составлять от М-50 до М-1000. При этом следует знать о том, какая марка подойдет для конкретного вида работ. Понять какими характеристиками обладает бетон согласно с маркировкой поможет таблица соответствия марок и классов.

Где применяется бетон разной прочности

В зависимости от вида строительных работ необходимо использовать бетон разных марок, в частности:

• для подготовки основания конструкций, сооружения бордюров вдоль дороги и прочих подготовительных работ используют материал М100;
• М150 подходит для создания стяжки пола, возведения фундаментов для малоэтажных зданий, бетонирования дорожек и создания прочих конструкций с относительно невысокими нагрузками;
• достаточной прочностью обладает М200. Такой раствор подходит для бетонной стяжки полов, отмостки, устройства дорожек и площадок, возведения стен и лестниц;
• смеси М250 и М300 предназначены для несущих стен, монолитных фундаментов, изготовления плит перекрытия в малоэтажных строениях, сооружения заборов;
• если бетон нужен для производства конструкций для многоэтажных зданий (опорных балок, плит перекрытия, колонн), то для таких целей применяют М350;
• железобетонные изделия, рассчитанные на повышенные нагрузки, изготавливают из М400. Также материал с такой маркировкой подходит для возведения гидротехнических объектов, мостов, многоэтажных зданий и прочих высоконагружаемых конструкций;
• ограниченной сферой применения отличается М450. Предназначен бетон для строительства дамб и плотин, используют также при возведении метро;
• самый крепкий и прочный бетон – от М500 и выше. Применяется для создания ответственных конструкций, которые постоянно подвергаются разнотипным внешним нагрузкам.

Для создания простых конструкций, которые не нуждаются в высокой прочности использовать высокопрочные составы нет необходимости. Если же предстоит строительство многоэтажек или ответственных ЖБИ, то экономия здесь неуместна, поскольку от надежности конструкций напрямую зависит здоровье и жизнь людей.

Как определить прочность

Для присвоения бетону конкретной марки применяют разные методы. К наиболее распространенным относят:

• метод раскалывания – состоит в испытаниях кубических образцов разных размеров, которые вследствие давления разрушаются;
• прочность бетона на растяжение определяют путем заполнения смесью специальных форм. По истечении 28 суток образцы испытывают гидравлическим прессом, получая значение максимально выдерживаемой нагрузки;
• метод отрыва и скалывания. В раствор при его заливке устанавливают специальный стержень, после затвердевания стержень выдергивается.

Приведенные выше методы принадлежат к разрушающим. Помимо этого, прочность определяется также неразрушающими методами, например с помощью ультразвукового исследования или методом ударного импульса.

Этапы набора прочности

Нормативное время набора 100% прочности составляет 28 дней от момента заливки бетона. Происходит набор прочности в два этапа:

1. Схватывание. Зависит скорость схватывания от температурных условий. Если температура окружающей среды составляет 20-25°С, то в среднем 3 часа составляет время схватывания. Начинается через два часа после соединения сухих компонентов с водой. При средней температуре 0°С процесс схватывания может продлеваться сутки – примерно 8-10 часов требуется для того, чтобы началась реакция и такое же время необходимо для схватывания.
2. Твердение. Начинает отвердевать бетон только после полного схватывания. Больше всего твердение происходит в первую неделю после схватывания, достигая до 70% прочности. В случае низкой температуры процесс твердения значительно замедляется.

Для получения полной картины относительно твердения и времени выдерживания залитого раствора важно знать график набора прочности бетона.

Как ускорить набор прочности

Существует несколько способов, с помощью которых набор прочности можно ускорить:

• при приготовлении смеси добавить специальные добавки, ускоряющие процесс твердения и обладающие противоморозными свойствами;
• чтобы отвердевание происходило быстрее свежеуложенный бетон прогревают. Для этого в укладываемую массу устанавливают тепляки в виде греющих проводов;
• при изготовлении бетонных конструкций и железобетонных изделий в заводских условиях их пропаривают в специальных производственных автоклавах. Пропаривание происходит при максимальном уровне влажности и температуре в диапазоне 70-90°С.

Бетон после заливки нужно проверять на набор прочности. Если полученные показатели соответствуют проектным, то можно безопасно выполнять строительные работы.