Прочность бетона

Вопросы, рассмотренные в статье:

1. Классификация бетонов по прочности
2. Зачем нужно знать прочность бетона?
3. Какие факторы влияют на прочность бетона?
4. Как определить прочность бетона?

Прочность бетона — важная характеристика, от которой зависит надежность будущего здания или покрытия. Её важно учитывать при проектировании и расчете конструкций для строительства разных сооружений. 

Прочность цементобетона выражает максимальное давление на сжатие и среднее давление, которое может выдержать материал без разрушений. Характеристика имеет маркировку в виде литеры М (марка) или В (класс) и цифры. В статье мы расскажем, от чего зависит прочность бетона, как определить его показатель и в каких сферах применяется те или иные марки/классы бетонной смеси.

Классификация бетонов по прочности

Прочность цементобетона выражается в двух параметрах: марка и класс. При проектировании сооружения можно ориентироваться на оба показателя, но класс используется чаще. 

Этот параметр обозначается литерой «В» и числовым значением. Класс показывает, какое максимальное сжатие выдержит композит без разрушения. Марка выражает среднее выдерживаемое давление и обозначается буквой «М» с числовым значением.

Чем выше число, тем прочнее бетон. Это правило справедливо для класса и марки. Вместе с этим, одна марка может соответствовать двум классам.

На стройплощадке, как правило, используются разные марки и классы бетона, которые подбираются под конкретные строительные задачи.

Зачем нужно знать прочность бетона?

Когда планируется строительство сооружения или проведение отделочных работ, необходимо правильно подобрать композит. Дело в том, что бетон в зависимости от марки/класса выдерживает разные нагрузки.

Например, деревянные здания не дадут такую нагрузку на фундамент, как панельные дома. Избыточная прочность также нецелесообразна в плане финансовых расходов. Для бетонирования дорожек вряд ли нужен раствор, предназначенный для гидроэлектростанций. Поэтому для каждого вида сооружения подбирается свой класс/марка бетона.

Область применения бетона в зависимости от класса и марки

Даже при строительстве одного дома или жилого комплекса используются разные марки и классы в соответствии с нагрузками на сооружение.

Какие факторы влияют на прочность бетона?

Бетон производят из цемента, песка, воды и щебня. Марка и класс цементобетона зависит от количества компонентов, а также от наличия дополнительных композитов для улучшения качества. Помимо этого, на прочность бетона влияют технологические факторы — активность цемента, количество воды в смеси, наличие заполнителей, методы замешивания, армирование и укладка. Рассмотрим каждый фактор подробнее.

Активность цемента

Эта характеристика определяет марку бетона, срок эксплуатации. Предел прочности на сжатие измеряют через 28 дней в лабораторных условиях. Если после этого срока установлена активность 400 кг/см², значит марочная прочность имеет значение М400.

На активность цемента влияют:

Тонкость помола и гранулометрия. Определяется по остатку после прохождения через сетку 80 мкм. Чем меньше помол, тем быстрее нарастает прочность бетона. Это связано с тем, что мелкие песчинки вступают в реакцию быстрее. Плюс, увеличивается суммарная поверхность всех частиц. Оптимальная удельная поверхность для российских растворов 350-380 м/кг. 

При увеличении тонкости помола, величина удельной поверхности увеличится до 400-450 м/кг. Эти показатели соответствуют европейским композитам. Крупная фракция плохо вовлекается в реакцию с водой, поэтому остаются непрореагированные частицы, что негативно сказывается на прочности бетона.

Химический состав клинкера. Обычно молекулярное строение вещества содержит негашеную известь, кремнезем, глинозем, окись железа, щелочи, оксид магния и другие компоненты. Клинкер используется в качестве связующего звена в цементных изделиях. 

Вещество получают путем нагревания смеси известняка и глины до 1450ºС. Могут использоваться другие материалы, сходные по составу. В результате частичного плавления известняково-глиняной смеси происходит плавление и образование гранул. 

Наличие примесей. Например, при добавлении кварца можно снизить активность цемента. Повысить активность можно с помощью окиси магния или алюминатов. Гипс регулирует период и время схватывания раствора, ускоряет затвердевания. Его можно добавить в порошок и готовый раствор.

Свежесть цементобетона. Если хранить раствор при высоком уровне влажности, то через 3 месяца прочность бетона снизится на 60% для суточных образцов и на 20% для 28-дневных. Это связано с тем, что под воздействием влажности и углекислого газа на поверхности образуется слой новообразований, которые снижают активность. Даже быстродействующие растворы цементобетона через месяц хранения во влажных условиях теряют свои свойства.

Водоцементное соотношение

Без воды невозможно приготовить цементный раствор. Причем любую воду тоже брать нельзя, поскольку к ней предъявляются определенные требования — низкая кислотность, отсутствие солей, органических примесей и т. д. Также для цементобетона высокого качества главным является соотношение объема воды и порошка, которые нужно смешать для получения конкретной марки.

Если в бетонную смесь добавить больше жидкости, чем нужно, то его качество значительно ухудшается. Параметры марки М300 могут соответствовать М100. Такой бетон расслаивается после укладки, а прочность снижается в несколько раз. Водоцементное соотношение регулируется ГОСТом по каждому типу цементобетона.

Подвижность смеси

Эта характеристика имеет прямую связь с водоцементным соотношением. Дело в том, что от объема воды зависит подвижность цемента. Теоретически, чем меньше воды в бетоне, тем он прочнее. На практике все обстоит не так. 

Если добавить мало жидкости, то смесь получится жесткой. Она не уплотнится, в монолите образуются полости, крупные поры. Пустоты даже на микроуровне снижают качество и прочность цементобетона.

Добавление воды в смесь увеличивает ее подвижность, она становится пластичной, укладывается без полостей. Но вместе с этим, снижается прочность раствора. Чтобы улучшить свойства цементного раствора, добавляют пластификаторы. 

Метод замешивания раствора

Существует два способа активации цемента:

Мокрая активация. Все компоненты, кроме песка, загружаются в бетономешалку, заливается часть воды. Во время работы агрегата крупные гранулы заполнителя растирают цемент. Затем, производится загрузка остальных компонентов.

Виброактивация. Цемент перемешивается с песком при помощи вибрации. Этот метод позволяет повысить активность бетона до 40%.

Армирование и способ укладки

Армированные конструкции из бетона показывают высокую надежность. Дополнительно к арматуре добавляют разные виды фибры. Бетон с такими добавками становится более прочным и устойчивым к возникновению трещин. К тому же, укрепленный арматурой цементобетон дает меньшую усадку.

На прочность также влияет плотность укладки. Наличие полостей и крупных пор делают бетон менее надежным. Чтобы качественно уложить цементобетон, используют вибрацию. Оборудование для этой операции стоит дорого. Можно обойтись пластификатором, чтобы сэкономить на укладке цемента.

Как определить прочность бетона?

Определение прочности бетона необходимо для контроля качества железобетонных конструкций и растворов на производстве. Также расчеты нужны для определения сроков строительства здания.

Существует три метода проверки бетона на прочность:

Разрушающий и неразрушающий контроль. Разрушающий контроль подразумевает воздействие на образец пресса. Первый пресс сжимает бетон, а второй — откалывает кусок от образца. Неразрушающий контроль определяет степень деформации, причем без значительных разрушений. 

Поэтому этот метод подходит для уже существующих конструкций из бетона. Для неразрушающего контроля характерно использование пистолетов, которые измеряют диаметр отверстий после удара. Специальные пистолеты фиксируют силу отскока. На основании полученных данных определяется упругость материала. Чем она выше, тем больше прочность бетона.

Ультразвуковая оценка. Здесь применяются специальные устройства для определения скорости звуковой и ультразвуковой передачи данных. Чем прочнее бетон, тем быстрее передается звук. Ультразвуковая оценка бывает поверхностной и сквозной. Первая используется для стен и перекрытий, а вторая для свай, опор, столбов и других конструкций.

Аналитический метод. Обладает меньшей достоверностью, но для строительства частных построек с минимальной нагрузкой можно использовать. На небольшой кусок бетона ставят зубило. Затем со средней силой опускают на него молоток. 

Прочность определяют по глубине лунки от зубила. Если повреждений нет, то бетон относится к сорту В25 и выше. Повреждения до 5 мм говорят от средней прочности В10-25. Если лунка уходит в глубину на сантиметр и больше, значит прочность соответствует классу В5-10. Мы не рекомендуем пользоваться этим методом, если планируется постройка зданий и сооружений, в которых будут располагаться предприятия или жить люди.

Прочность бетона — не единственный параметр, которым стоит руководствоваться при выборе материала для своей постройки. При планировании даже индивидуального строительства лучше проконсультироваться со специалистами.