Плотность бетона – определение и классификация

Что такое плотность бетона (определение, единицы измерения, методы определения)

Плотность бетона – это соотношение его массы к занимаемому им объему. От этой характеристики зависит пористость смеси, её однородность и степень схватывания, а в конечном итоге – прочность готовой конструкции. Термин имеет несколько значений. Соотношение величин в максимально уплотненном состоянии, без учета влияния внешних факторов, а также образующихся пор и пустот называется истинной плотностью. Отношение веса материала к его общему объему с учетом внутренних пор и каверн – это средняя плотность. Эта величина также называется удельным весом и характеризует вес стройматериала в зависимости от марки. Именно этот параметр считается основным в практическом применении, по нему проводится классификация, он регулируется действующими ГОСТ.

В государственных стандартах закреплена также нормируемая и требуемая плотность бетона. Есть ещё фактическая – полученная при замешивании конкретной партии. При всем этом разнообразии понятий реальное состояние материала отражает именно средняя плотность.

Измеряется показатель, как правило, в кг/м³ или т/м³, иногда – в г/см³. В маркировках обозначается литерой D и цифрами в килограммах на кубический метр.

Чтобы определить плотность бетона, надо его массу разделить на объем по простой формуле m / V.

Классификация бетонов по плотности

В зависимости от удельного веса есть несколько классификаций, базовая из которых – по показателю среднего параметра, прописанная в ГОСТ 25192-2012. Согласно этой градации выделяют четыре вида бетона:

• Особо легкий. Марки с показателем D ниже 500. Это пористый материал, в состав которого входят облегченные наполнители (керамзит, вспученный перлит и другие). Сюда относятся пено- и газобетоны. Имеет высокие тепло- и звукоизоляционные свойства, назначение – утепление стен, создание ограждающих конструкций, перегородок и перекрытий жилых домов, защита инженерных сетей, трубопроводов.
• Легкий – марки с показателем D500-D1800. В состав включается пористый заполнитель – гравийный щебень. Легкий бетон бывает двух видов – конструктивный и конструктивно-теплоизоляционный. В группу входят пено-, керамзито-, арболит-бетоны. Подходят для теплоизоляции, устройства фундамента и внешних несущих и самонесущих стен, подвергающихся небольшой нагрузке. Их применение снижает массу здания.
• Тяжелый или обычный. Марки с показателем D1800-D2500. Самый распространенный вид. Его плотность 1800 – 2500 кг на м³. Заполняющие компоненты – гранит, плотный песок, известняк, гравий. Придает долговечность и устойчивость к износу, поэтому используется для строительства фундаментов и несущих конструкций, опорных элементов сооружений.
• Особо тяжелый. Марки с показателем D2500 и выше. Для заполнения раствора применяют чугунную дробь, железную руду, обрезки стали и другие тяжелые ингредиенты. Показатель плотности превышает 2500 кг/куб.м. К таким материалам относятся сталебетон, лимонитовая, магнетитовая, баритовая бетонные смеси. В гражданском строительстве не применяются, только для спецобъектов, например, атомных реакторов.

В самостоятельную группу выделяют облегченный бетон с плотностью от 300 до 2000 кг на м³. Основным зерновым компонентом является щебень. Этот строительный раствор широко используют в жилищном строительстве при закладке фундаментов и возведении стен.

Каждому виду бетонов соответствуют определенные классы и марки по плотности, что отражено в таблице.

Также в зависимости от плотности бетоны разделяются по структуре. По этому признаку различают материалы плотный, поризованный, ячеистый и крупнопористый.

От чего зависит плотность?

В состав бетонной смеси входят вода, песок, цемент и разные заполнители. От характеристик и доли этих компонентов и зависит плотность бетона. Базовыми факторами являются:

• Пропорции составляющих ингредиентов.
• Марка и виды используемого цемента. Некоторые разновидности вяжущего способны увеличивать соотношение массы и объема бетонной смеси. Такими свойствами обладает, например, глиноземистый цемент.
• Водоцементное соотношение. При испарении жидкости, не вступившей в реакцию с вяжущим, в ходе застывания бетонной смеси в твердеющем массиве остаются полости. Чем больше воды, тем структура более пористая. Это снижает плотность бетона.
• Размер частиц вяжущего влияет на скорость химической реакции при взаимодействии с водой. Чем мельче зерно, тем процесс активнее, меньше требуется воды, а снижение водоцементного соотношения увеличивает плотность.
• Характеристики заполнителя. Плотность заполнителя увеличивает этот параметр и в конечном продукте. Например, плотные и тяжелые стальные опилки используют для получения сталебетона. Мелкие фракции уменьшают пористость и, следовательно, повышает плотность.
• Модуль крупности песка – условная величина, позволяющая оценить преобладающий размер его зёрен. Чем крупнее зерна, тем меньше воды требуется при замешивании и тем плотнее получается бетон.
• Способы уплотнения и трамбовки. Для удаления из раствора лишней влаги и более плотной укладки заполнителей необходимо проводить специальные манипуляции: ручное штыкование, виброуплотнение, прессование, центрифугирование, вакуумирование. Без этого в материале остается много пустот и повышается его пористость. Ручное воздействие менее эффектно.
• Условия твердения. В соответствии с ГОСТ 25192-2012 бетонные смеси затвердевают либо в естественных условиях, либо с дополнительным подогревом. При тепловой обработке плотность бетона увеличивается.
• Добавки и пластификаторы. Существуют специальные присадки, изменяющие показатель плотности в ту или иную сторону.
• Возраст бетона. Поскольку набор плотности после затвердения продолжается ещё в течение пары лет, со временем этот параметр может увеличиться.

Способы повышения плотности

Для получения раствора с нужным удельным весом существуют разные способы. Большинство из них направлено на повышение данного показателя. С этой целью применяют следующие приемы:

• Уменьшение количества воды при замешивании. Чтобы при этом не пострадала подвижность смеси, используют искусственные и натуральные пластификаторы (керамзит, туф, пемза и другие).
• Добавление наполнителя минимального размера, что уменьшает число полостей в готовом материале.
• Уплотнение бетонных смесей в процессе приготовления вручную, с помощью инструментов или специального оборудования.
• Использование цемента, повышающего пористость материала – расширяющегося или с минимальной усадкой.
• Дополнительный нагрев залитого раствора, что ускоряет испарение влаги и уменьшает количество пор.
• В заводских условиях применяют вакуумирование.

Заключение

Плотность бетона – одна из важнейших характеристик, влияющих на качество готового продукта, общую массу и прочность возводимого строения. Эту величину надо знать, чтобы выбрать бетонную смесь, нужную на конкретном участке работы и грамотно его использовать, рассчитать нагрузку на фундамент и грунт. Марка по плотности, в свою очередь, зависит от ряда факторов, которые необходимо учесть, если приготавливать или заливать раствор самостоятельно.