Состав бетона: из чего состоит бетонная смесь, пропорции и соотношение компонентов

Основные компоненты бетонной смеси

От качества бетона зависит надежность и безопасность возведенного здания или иного сооружения. Характеристики искусственного камня, в свою очередь, определяются правильным выбором ингредиентов и соблюдением их пропорций.

В стандартный состав бетонной смеси входят цемент, крупный наполнитель (гравий, щебень и другие), песок и вода. Рассмотрим подробнее их значение и характеристики.

1. Цемент. Это основной компонент бетона, который выполняет функцию вяжущего вещества, скрепляющего между собой остальные элементы. Базовым сырьем для его изготовления служат горные породы (шлаки, мел, глина, известняк и другие). От качества и марки стройматериала зависят свойства и эксплуатационные характеристики готовой конструкции.



Основные типы цемента:

• Портландцемент. Оптимально отвечает требованиям для приготовления бетона, поэтому является универсальным и наиболее востребованным. За счет содержания силикатов кальция отличается большой адгезивностью (сцеплением) с другими стройматериалами. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к сложным климатическим условиям. Для производства бетона чаще всего используется портландцемент марки М400 и М500.
• Сульфатостойкий. Устойчивый к химически активным веществам. Используется в сооружении подземных и подводных конструкций.
• Глиноземистый. Благодаря содержанию гипса и глиноземистого шлака быстро схватывается и набирает марочную прочность. Подходит для применения в зимних условиях. Обладает высокой огнеупорностью. Используется для бетонирования конструкций, работающих в условиях интенсивных температурных воздействий, влияния химически активных сред, высокой влажности. Например, для устройства бани, вентиляции, дымохода и т. д.
• Кислотоупорный. Содержит кварцевый песок и кремнефтористый натрий. Вместо воды используется жидкое стекло.
• Шлакопортландцемент. Получается путем добавления в портландцемент примерно 25% гранул доменного шлака. Обладает повышенной устойчивостью к агрессивным средам..
• Быстротвердеющий. Отличается повышенной прочностью через 3 суток после укладки. Применяется, когда необходимо быстрое затвердение конструкции или сокращение общих сроков строительства.
2. Песок (мелкий наполнитель). В составе смеси заполняет промежутки между крупными элементами. Это уплотняет бетон, повышает его прочность и предотвращает деформацию. Для строительных нужд используются следующие виды песка:
• Речной – добывается из русла рек.
• Карьерный – из песчаных карьеров.
• Кварцевый – искусственный, его изготавливают в каменных карьерах.

Из природных материалов для создания бетона предпочтителен крупный речной песок. Его преимущества: однородная текстура, округлая форма, гладкая поверхность, оптимальный размер, высокая плотность. Превосходными свойствами обладает кварцевый, но его используют реже из-за высокой стоимости.

Песок для бетона должен быть чистым, ровным по размеру (от 1,5 до 5 мм в диаметре). Недопустимо наличие примесей, особенно органического характера. Поэтому перед приготовлением смеси песок следует промыть и просеять.

3. Щебень или гравий. Входят в состав бетона в качестве крупного заполнителя. Наличие этих материалов повышает прочность и упругость готовой конструкции, предотвращает появление трещин, снижает деформацию, ползучесть и усадку. В строительстве чаще применяется щебень. Он добывается при взрывных работах, затем гранулы подвергаются обработке. Обладает большей прочностью на сжатие, плотностью и морозостойкостью, за счет угловатой формы и острых краев лучше сцепляется с другими компонентами бетонной смеси. Гравий образуется при естественных процессах старения и разрушения скальных пород. Он широко востребован в ландшафтном дизайне, создании малых архитектурных форм и т.д. Но может быть использован и для создания конструкций, не требующих высокой прочности.

Гранулы должны быть чистыми, без посторонних включений и загрязнений, отсева. Допустимо минимальное количество глинистых примесей – не более 3-5%. Для эффективного заполнения пустот лучше использовать одновременно фракции мелкого (5-10 мм) и среднего (10-20 мм) размера. Наибольшую прочность обеспечивает щебень гранитовых и базальтовых пород.

4. Вода. Выполняет в приготовлении бетона две функции. Первая – гидратация, то есть участие в химических реакциях, вызывающих схватывание и затвердевание бетона. Вторая – увлажнение сухой смеси для придания ей необходимой консистенции и пластичности. Жидкость влияет на скорость набора прочности, морозостойкость, водонепроницаемость и срок службы изделия. Вода должна быть пресной и чистой, без цвета, специфического запаха или вкуса. Нежелательно присутствие взвешенных частиц и образование пены при переливании или смешивании. Не рекомендуется брать воду из открытых источников (река, озеро), в которых обычно много щелочных и кислотных включений. Не подходит заболоченная вода или с содержанием нефтепродуктов. Лучше всего взять обыкновенную из-под крана.

5. Добавки. При необходимости в состав смеси вводят специальные химические вещества для получения заданного класса прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, пластичности и других характеристик. По назначению они разделяются на группы, основные из которых:
• Пластификаторы. Создают эффект разжижения, повышают пластичность (удобоукладываемость, подвижность) раствора. Улучшают прочность конечного продукта.
• Противоморозные. Позволяют производить бетонирование в зимнее время, увеличивают показатели морозостойкости.
• Регуляторы затвердевания. Ускоряют или замедляют процесс твердения.
• Стабилизаторы и армирующие добавки (присадки). Препятствуют расслаиванию смеси, повышают показатели прочности бетона, увеличивают срок эксплуатации.
• Гидрофобизаторы. Улучшают водоотталкивающие свойства бетона.

При самостоятельном приготовлении раствора нередко используются так называемые народные добавки, например, куриные яйца, мыло, глина.

Пропорции и соотношение компонентов

Для получения качественного бетона требуемой марки необходимо соблюдать соотношение всех составляющих. Для разных марок оно тоже различное.

Классические пропорции для самостоятельного приготовления бетонной смеси цемент : песок : щебень – 1:3:5. То есть одну часть цемента, 3 части песка и 5 щебня развести водой до густоты сметаны. Большинство производителей на мешках с цементом обычно указывают иное соотношение – в среднем 1:2:3. Если Вы хотите приготовить бетон конкретной марки со всеми присущими ему характеристиками и эксплуатационными свойствами, лучше придерживаться указаний изготовителей цемента.

Также необходимо учитывать, что выбор марки бетона зависит от его назначения, следовательно, пропорции тоже изменяются.

Рассмотрим это на конкретных примерах. Для заливки монолитного фундамента частного дома используется бетон марки М150 (класс В12,5). Для его получения рекомендуется соотношение компонентов 1:4,5:6,6. Подходящий материал для изготовления плиты перекрытия малоэтажных зданий бетона М250 (В20), пропорции для которого – 1:2,6:5,6. Для конструкций, эксплуатируемых в условиях с высокими нагрузками, используется бетон М350 (В25) с соотношением ингредиентов 1:2:4. Таким образом, прослеживается тенденция: с увеличением нагрузки и повышением требований к прочности материала возрастает доля крупного наполнителя по сравнению с мелким.

Для индивидуального расчета соотношений всех составляющих бетонной смеси учитывают и другие факторы: величину зерна и качество наполнителя, содержание воды для замеса.

Важной характеристикой, влияющей на класс бетона, является водоцементное отношение (В/Ц). Под этим термином понимается отношение массы не поглощенной заполнителем воды к массе цемента в свежеприготовленной бетонной смеси. Для гидратации достаточно 18-20% жидкости от общей массы вяжущего. Но для придания смеси нужной для заливки пластичности этого мало, поэтому в процессе замеса вводят воду в количестве 40-70% от массы цемента. Излишки жидкости образуют водяные поры и капилляры. Либо испаряются, оставляя в теле конструкции пустоты и снижая тем самым прочность искусственного камня. Чем ниже В/Ц, тем выше концентрация цемента и, соответственно, прочность бетона, но при этом снижается пластичность. Минимальное водоцементное отношение – 0,2, оптимальным считается 0,4 – 0,75. Для наиболее распространенных марок рекомендованы следующие значения:

• М150 – 0,84;
• М200 – 0,71;
• М250 – 0,62;
• М 300 – 0,56.

Для приготовления бетонной смеси можно подобрать пропорции самостоятельно. Для этого надо, исходя из назначения стройматериала, выбрать требуемую марку бетона. Так, в индивидуальном строительстве чаще всего находят применение:

• М100 (В7,5) – для подготовительных работ до заливки фундамента;
• М150 (В12,5) – для фундамента небольших строений, стяжки для пола, заливки пола;
• М200 (В15) – для плитных и ленточных фундаментов частного дома, полов, лестниц, дорожек;
• М 250 (В20) – для монолитных фундаментов, лестниц, лент заборов;
• М300 (В22,5) – для плитных, лентoчных и свaйнo-poствеpкoвых мoнoлитных фундaментoв, лестниц, плит пеpекpытий, стен и т.д.

Для расчета пропорций при приготовлении разных марок прочности в соответствии с рекомендациями производителей можно воспользоваться таблицей.

Для цемента М400

Для цемента М500

Если конструкция несложная и не требует точного расчета, можно подобрать пропорции самостоятельно. При кустарном замесе раствора количество компонентов нередко измеряют ведрами. Для приготовления бетона М 150 потребуется 1 ведро цемента, 3 – песка, 5 –щебня. Для марки М200 соответственно 1:2,5:4. Для М300 – 1:1,7:3. Воды – от ½ ведра до 2/3 в зависимости от влажности песка. Для примерного определения нужного количества материала по весу следует учесть, что 10-литровое ведро вмещает 13-15 кг цемента, 14-17 кг песка, 15-17 кг щебня.

Если у вас нет опыта строительных работ, для точного расчета лучше обратиться за консультацией к специалистам. Или воспользоваться онлайн-калькулятором.

Влияние качества компонентов на бетонную смесь

Качественные исходные материалы обеспечивают надежность и долговечность бетонных конструкций. Если же компоненты не отвечают требованиям стандартов и нормативов, это может не просто ухудшить характеристики продукта, но и привести к разрушению конструкции. Использование некачественного цемента может стать причиной растрескивания, преждевременного ветшания и внезапного обрушения здания. Кроме того, не предусмотренные стандартами примеси могут стать источником химической опасности.

Высокое содержание глины в щебне негативно сказывается на прочности бетона, приводит к появлению трещин и других дефектов. Несоответствие заполнителя калибру и использование камешков разных горных пород чревато неравномерным распределением нагрузки и появлением сложных точек напряжения. Некачественный песок с примесями глины снижает морозостойкость и водонепроницаемость искусственного камня. Повышенное содержание пыли в песке вызывает образование трещин на ранней стадии затвердения бетонной смеси.

Загрязненная вода тоже может стать причиной неприятностей. Некоторые вещества, например, хлориды и сульфат-ионы способствуют появлению коррозии арматуры, что приводит к снижению прочности. Такое же действие оказывает превышение в добавках допустимого количества ионов хлора. Опасно для бетона наличие в воде и противоморозных добавках минеральных солей – они образуют химические соединения, которые в условиях влажности вызывают растрескивание искусственного камня. И это только несколько примеров негативного влияния некондиционного сырья на состав бетонной смеси и ее характеристики.

Не меньшее значение имеет и соблюдение правил транспортировки и хранения ингредиентов бетонной смеси. Цемент хранят в закрытых вентилируемых помещениях с низкой влажностью. Пол должен быть сухим, лучше всего – забетонированным. Мешки укладывают на поддоны и накрывают сверху полиэтиленом, чтобы уберечь от проникновения влаги. Мешки должны быть с маркировкой, цемент разных марок хранят раздельно.

Перевозить цемент надо специализированным транспортом в герметичных бумажных или полиэтиленовых мешках. Проверить крепления мешков на транспортном средстве. В процессе перевозки материал не должен контактировать с влагой. Рекомендуется использовать тенты или пленки для защиты от осадков. Следует избегать падения и других механических воздействий.

Щебень складируют на заранее очищенной, желательно крытой площадке. Гранулы должны быть рассортированы по виду и размеру. В осенне-зимний период заполнитель надо накрывать брезентом.

Советы по приготовлению бетонной смеси

Для масштабного строительства используют заводской цемент. В частном секторе сравнительно небольшой объем бетонной смеси часто готовят кустарным способом. Это можно сделать вручную или в бетономешалке.

Существуют разные методы ручного замеса. Предлагаем один из самых надежных. Вам понадобятся:

• емкость (таз, корыто, бак);
• цемент;
• песок;
• щебень;
• вода;
• ведра;
• совковая лопата.

Пошаговая инструкция:

1. Подготовить емкость.
2. Засыпать ведро сухого песка и равномерно распределить в таре.
3. Насыпать сверху цемент – ¼ от нужного количества.
4. Повторить манипуляцию – высыпать ведро песка, разровнять, добавить часть цемента.
5. Продолжать чередовать слои, пока не используете все вяжущее и песок.
6. Перемешать сухую смесь лопатой без добавления воды, разровнять поверхность.
7. Равномерно рассыпать сверху все требуемое количество щебня. Перемешать.
8. Сделать посередине глубокую борозду и залить в нее половину или немного больше нужного количества воды. Подождать несколько минут.
9. Постепенно сдвигать смесь в заполненную жидкостью борозду, постоянно перемешивая и добавляя оставшуюся воду.
10. Окончательно перемешать раствор до однородной массы без комков и сухих фрагментов.

Порядок действий при использовании бетономешалки:

1. Приготовить вяжущее, заполнители, воду.
2. Запустить бетономешалку и залить половину или чуть больше воды.
3. При использовании пластификатора, добавить его в соответствии с указанной в инструкции дозировкой.
4. Засыпать в чашу примерно половину рассчитанного на замес щебня. Подождать несколько минут.
5. Постепенно добавить в чашу приблизительно половину песка. Немного подождать, чтобы дать смеси перемешаться.
6. Наклонить бак, чтобы он был максимально близок к горизонтальному положению, но смесь при этом не выплескивалась. Поддерживать в наклонном положении для лучшего перемешивания.
7. Верните бак в прежнее положение, постепенно высыпьте весь цемент и подождите, пока компоненты перемешаются.
8. Высыпьте оставшийся песок, а затем – щебень.
9. Добавьте остатки воды и дайте бетону перемешаться. Воду можно добавлять также в процессе небольшими порциями.
10. Выключите агрегат и выгрузите бетонную смесь в заранее подготовленную емкость, смоченную водой.
11. Очистите чан от остатков смеси. Налейте немного воды и включите, чтобы промыть внутреннюю часть. Если будете делать еще замес, учтите количество налитой воды.

Если песок влажный, воды надо добавлять немного меньше. Консистенция должна быть такая, чтобы раствор максимально плотно заполнил конструкцию, в которую он будет заливаться, например, опалубку.

Бетономешалку или емкость для смешивания желательно установить как можно ближе к место заливки – при перевозке в тачке раствор может расслоиться.

Приготовленную смесь надо использовать не позже, чем в течение 1-2 часов.

Если бетонирование производится в зимнее время, надо сначала смешивать подогретую воду с заполнителями, а цемент засыпать в последнюю очередь.

Частые ошибки и как их избежать

При самостоятельном замесе бетона чаще всего допускают следующие погрешности:

• Несоблюдение рекомендованных пропорций компонентов. Характеристики полученного материала не соответствуют требованиям.
• Дозация ингредиентов «на глазок» вместо взвешивания или отмеривания емкостями.
• Применение отсева вместо щебня. Запыленность отсева снижает адгезию ингредиентов.
• Экономия на материалах. Дешевизна – признак невостребованности и низкого качества сырья.
• Использование марки цемента меньшей прочности, чем требуется для нужной марки бетона, или с истекшим сроком годности. За 3 месяца хранения по истечении срока материал теряет 20% прочности, за год – 40%.
• Разведение сухой смеси грязной водой. Механические включения препятствуют нормальному сцеплению компонентов. Некоторые химические вещества ухудшают свойства бетона, вызывают коррозию.
• Использование заполнителей с примесями. Состав бетона получается неоднородным, теряет прочность.
• Применение сильно увлажненных сыпучих материалов – излишки воды зимой будут замерзать и расширяться, а бетон – растрескиваться.
• Заливка бетона неоднородной консистенции. Такое нередко бывает при приготовлении большого объема бетона вручную. Из-за этого не будет нужного сцепления с армирующим каркасом, конструкция потеряет прочность.
• Отсутствие уплотнения смеси в опалубке после заливки – в этом случае образуются пустоты, что опять-таки сказывается на прочности.

Для того, чтобы минимизировать риски при приготовлении и последующем использовании бетонной смеси, надо четко соблюдать инструкции, приложенные к строительным материалам. Следовать рассчитанному соотношению компонентов. Использовать качественные просеянные наполнители и чистую водопроводную воду. Соблюдать сроки годности и правила хранения. Хорошо размешивать состав.

Заключение

К бетону и конструкциям из него предъявляются высокие требования по многим характеристикам, в первую очередь по прочности. Для получения надежного долговечного стройматериала нужны качественные компоненты, смешанные в нужных пропорциях. Состав бетонной смеси должен строго соответствовать рецептуре для получения материала нужной марки. Расчет соотношения составляющих производится индивидуально для каждого объекта, но с учетом общих рекомендаций для приготовления искусственного камня с заданными характеристиками. Рассчитать пропорции и замесить бетон можно самостоятельно, если внимательно изучать маркировку товаров при покупке, рассчитывать состав бетона и соблюдать правила его изготовления. Приобретать компоненты надо только заводского производства у проверенных поставщиков.