Тяжелый бетон: плотность, марки, свойства, состав

Состав стройматериала

Состав тяжелых бетонов включает в себя воду, не содержащую кислоты и примеси, портландцемент, чистый песок, наполнитель и специальные добавки. Что касается наполнителей, то здесь это плотные горные породы типа щебня, полевошпатного песка, известняка, гравия или кварцевого песка. Прочность и плотность обеспечиваются за счет определенной марки, как и обычном бетоне. Также на эти показатели влияют условия и сроки отведения, а также активность портландцемента. С составом мы разобрались, теперь стоит рассмотреть основные пропорции, которые применяются в строительстве.

Соотношения ингредиентов

Существует основной «рецепт», которым пользуются практически все строители: 1 часть цемента, 2 части песка, 4 части наполнителя и 0,8-1 части воды. Цемент должен иметь марку с высоким индексом, песок используется крупнозернистый. При необходимости соотношения меняются, но обычно мастера рассчитывают, сколько нужно цементной смеси на один кубический метр.

В таблице ниже указаны различные классы, индекс которых зависит от соотношения и количества ингредиентов:

ГОСТ

Бетонные смеси тяжелого типа производятся по ГОСТ 7473-94. Все они должны обладать высокой прочностью на осевое сжатие и маркируются от М100 до М1000. Бетон, используемый для покрытий дорог и аэродромов, должен соответствовать ГОСТ 7473и.
Состав цементной смеси подбирается согласно ГОСТ 27006. Минимальный расход сухого цемента – по ГОСТ 22266 (для пуццолановых и сульфатостойких цементов) и ГОСТ 10178 (для портландцементов и шлакопортландцементов).
Теперь о подборе крупных наполнителей. ГОСТ 8267 определяет качество гравия или щебня горных пород, ГОСТ 5578 –щебня из металлургических шлаков, ГОСТ 26644 – щебня из шлаков ТЭЦ.
Мелкие наполнители должны соответствовать ГОСТ 8736 (природный песок), ГОСТ 5578 (песок из металлургических шлаков) и ГОСТ 25592 (золошлаковые смеси).

Теплофизические свойства бетона

Теплопроводность — наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.
Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии 1,2 Вт/(м.°С), т.е. она в 2-4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготавливают с внутренним слоем утеплителя.
Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах -0,75-0,92 Вт/(м.С°).
Линейный коэффициент температурного расширения бетона составляет около 0,00001 °С, следовательно, при увеличении температуры на 50 °С расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружений большой, протяженности разрезают температурно-усадочными швами.
Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по разному деформироваться при изменении температуры.
Большие колебания температуры (более 80°С) смогут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

Ячеистый бетон автоклавного твердения

Больше всего применяют изделия из автоклавных ячеистых бетонов т. е. отвердевающих при пропаривании под Давлением (в автоклавах).

Автоклавные ячеистые бетоны изготовляют из следующих смесей:

а) цемента с кварцевым песком (составы от 1 : 1 до 1 : 3); при этом часть песка обычно размалывают;
б) молотой негашеной извести с кварцевым частично измельченным песком (составы от 1 : 3 до 1:5); такие ячеистые бетоны носят название пеносиликата или, соответственно, газосиликата;
в) цемента, извести и песка в различных соотношениях.

Теория и способы производства автоклавных ячеистых бетонов и армированных изделий из них были разработаны И. Т. Кудряшевым и др.

Объемный вес ячеистого бетона автоклавного твердения в высушенном до постоянного веса состоянии, в зависимости от его марки; по прочности на сжатие, не должен превышать следующих значений:

Марка бетона … 25 35 50 75 100 150 200

Объемный вес, кг/м3 . 600 700 800 900 1000 1100 1200

Для неавтоклавных бетонов указанные значения объемного веса для каждой марки бетона увеличивают на 100 кг/м3.

Применение пропаривания под давлением (8 — 10 ати при 175—200°) основано на том, что при этих условиях известь, введенная в состав ячеистых бетонов (или известь, выделяющаяся при взаимодействии портландцемента с водой), вступает в реакцию с кремнеземом песка, образуя кальциевые гидросиликаты (главным образом на поверхности зерен песка). В результате прочность и стойкость автоклавного ячеистого бетона существенно возрастают.

Чтобы увеличить поверхность зерен песка, часть его размалывают до тонкости зерен цемента. Этой же цели можно достичь, применяя мелкий песок, или вводя в смесь активные кремнеземистые материалы (золы электростанций и т. п.), а также молотые гранулированные доменные шлаки. Некоторые добавки (золы, цемянки, молотые доменные шлаки) повышают термическую стойкость ячеистых бетонов; такие бетоны можно применять для теплоизоляции горячих поверхностей с температурой до 700 — 800°.

Виды бетонов

В настоящее время в строительстве используют различные виды бетона. Разобраться в их многообразии помогает классификация бетонов.

Бетоны классифицируют:

по средней плотности;
по виду вяжущего вещества;
по назначению.

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов.

По плотности бетоны делят на:

Особо тяжелые с плотностью более 2500 кг/ куб. м.;
Тяжелые — 1800…2500;
Легкие -500… 1800;
Особо легкие — менее 500 кг/куб, м.

Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях — стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).

Тяжелые бетоны с плотностью 2100…2500 кг/ куб. м. получают на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз).

Облегченный бетон с плотностью 1800…2000 кг/ куб.м. получают на щебне из горных пород с плотностью 1600…1900 кг/куб, м.

Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф).

К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях.

Главной составляющей бетона, во многом определяющей его свойства, является вяжущее вещество, по виду которого различают бетоны: цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимерцементные и специальные.

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на цементе (портландцемент) и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), успешно используют бетоны на шлакопортландцемента (20…25%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, (на белом и цветных цементах), бетоны для самонапряженных конструкций (на напрягающем цементе), бетоны для специальных целей (на глиноземистом и безусадочном цементах).

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны готовят на основе гипса. Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементные — пуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью. Применение — объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов.

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, карбамидные) или мономеры (фурфуролацетоновый), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия (истирание, кавитация).

Полимерцементные бетоны получают на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества (водорастворимые смолы и латексы).

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное связующее.

В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые и стеклощелочные, полученные из отходов промышленности.

Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так возводимых непосредственно на месте эксплуатации (в гидротехническом, дорожном строительстве).

Характеристики

Свойства тяжелого бетона напрямую зависят от исходного сырья, применяемого в процессе замешивания смеси, и сферы применения материала.

Современная классификация основывается на следующих характеристиках:

По классам.
По маркам бетонов.
По ГОСТу.
По стоимости.

По классам

Существующие классы бетонов отличаются как эксплуатационными характеристиками, так и качеством. По стандартам ГОСТа выделяется целая линейка материала с разной классностью. Она включает в себя такие растворы, как В3,5, В5, В7,5, В10, В12,5, В25, В30, В70, В90, В100 и др. Еще стандартами ГОСТ допускается производство промежуточных классов, таких как 27,5.

Перечисленные разновидности характеризуются особыми свойствами, которым нужно уделять внимание при выборе или создании бетонного раствора. Основные характеристики указываются в стандарте

Марки бетонов

Идентификация марки определяется показателями прочности на сжатие и осевого растяжения. В зависимости от этих свойств выделяют такие марки, как:

М50 и М100 характеризуются небольшой прочностью на сжатие, что не позволяет использовать их для широкого спектра строительных работ. Основная сфера применения — обустройство ландшафтов.
М150 — марка востребована при производстве стяжек и отмостков.
М200 считается наиболее популярным материалом для реставрации фундаментов, площадок и лестниц.
М250 и М350 используются для возведения монолитных построек и других конструкций из бетона.
М350 демонстрирует повышенную степень прочности и задействуется при изготовлении аэродромных плит.
М400 используется для создания защищенных банковских хранилищ, гидротехнических сооружений и мостов.
М500-М600 применяются при строительстве метрополитена.

Есть и особо прочные составы с маркой до М800, но их применение встречается достаточно редко.

ГОСТ

Каждый состав тяжелого бетона должен соответствовать некоторым требованиям ГОСТ. Любые отклонения от заданных правил недопустимы. При производстве этого стройматериала нужно учитывать стандарт ГОСТ 26633-2012, который предусматривает наличие следующих значений:

Устойчивость к морозу — F500.
Водонепроницаемость — W6-W12.
Показатели усадки при схватывании — 0,15 мм на 1 м.
Прочность на растяжение — Bt10-Bt40.

Стоимость

Стоимость раствора определяется массой факторов, включая цену всех компонентов. Если воду, щебень и чистый песок найти достаточно просто, то покупка пластификаторов и других добавок потребует некоторых усилий и финансовых вложений. Еще ценник зависит от марки смеси. Производство 1 м³ раствора под маркой М100 составит 2400 руб.

Применение сверхтяжелых бетонов в частном строительстве не оправдывает себя, что обусловлено дороговизной всех составляющих. Раствор предусматривает наличие редких элементов.

Изделия из легкого бетона

К легкобетонным изделиям относятся камни, шипи и крупные блоки, изготовляемые из легкого бетона на заводах или строительных дворах применяемые для кладки стен, а также в качестве вкладных элементов в перекрытиях.

Легкобетонные изделия разделяются на следующие разновидности:

а) камни (малые и средние блоки) весом до 30 кг сплошные для стен;
б) камни (малые и средние блоки) весом до 30 кг пустотелые для стен;
в) камни-вкладыши для перекрытий;
г) крупные блоки.

Возможно изготовление камней и крупных блоков с готовой штукатуркой, получаемой на станке путем накладывания в форму одновременно штукатурной массы и основной массы камня в виде вертикальных слоев.. Размеры пустотелых камней не стандартизованы.

Размеры камней ограничиваются их весом, который для возможности укладки в стену двумя рабочими должен быть > 30 кг. Размеры крупно-блочных камней также не стандартизованы и имеют высоту 77 -154 см и ширину, равную толщине стены, определяемой статическими и теплотехническими расчетами.

Размеры крупных блоков ограничиваются их весом, зависящим от грузоподъемности имеющихся кранов (1—1,5 т, реже до 3 т). Кроме сплошных крупных блоков из шлакобетона в последнее время предложены более легкие блоки многослойные, составленные из различных материалов. Представляет интерес конструкция крупного блока. Этот блок состоит из бетонных стенок раскосной системы, расположенных внутри него и обеспечивающих его прочность; пустоты заполнены глиноизвестковыми ксиловкладышами, глиносмоляными легкими камнями (с опилками) или другим легким материалом. Заполнение увеличивает термическое сопротивление блоков.

Состав стройматериала

Соотношения ингредиентов

В таблице ниже указаны различные классы, индекс которых зависит от соотношения и количества ингредиентов:

Производство

Технологии

Давайте рассмотрим основы технологии тяжелого бетона. Процесс изготовления этого материала сводится к двум операциям: дозировке всех используемых ингредиентов, а также их тщательному перемешиванию. При этом не должно образовываться пустот, смесь обязана получиться как густая сметана, не жиже и не гуще.

Как правило, бетонные смеси производятся в соответствии с ГОСТ 25192. Но возможны индивидуальные отклонения.

Тяжелый бетон выпускают как крупные предприятия (стационарные), так и мобильные заводы.

Первые занимают достаточно большую площадь (обычно в пределах городской черты для удобства доставки сырья) и оперируют солидными объемами.
Мобильные мини-заводы оснащены автоматизированными линиями, позволяющими точно соблюдать рецептуру и справляющимся с объемом до 60 кубометров в час.

Оборудование

Главная часть стационарного завода – это БРУ. Иначе, бетонно-растворный узел. Он оборудуется смесителем с крепкими лопастями для качественного перемешивания цементной смеси как летом, так и в зимнее время. Если выпускается мелкозернистый или песчаный бетон, устанавливают гравитационный смеситель.
Загрузка компонентов осуществляется либо с помощью конвейера, либо ковшовым (скиперным) методом. Сухие составляющие отмеряются специальными автоматическими дозаторами.
Мобильные мини-заводы ставятся на грузовое автомобильное шасси. Это позволяет легко перемещать его в виде большого прицепа с объекта на объект. В принципе, здесь применяются те же типы оборудования (растворный узел, дозатор), только более компактные.

Существует масса вариантов мобильных бетонных заводов, выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами. Стоят они от 1,6 до 9 миллионов рублей. Опыт показывает, что это неплохой бизнес.

Про материалы для получения тяжелого бетона поговорим в следующем разделе.

Следующее видео расскажет о смесителе для производства тяжелого бетона:

Материалы

Основной ингредиент – это цемент, марка которого определяется необходимой прочностью на сжатие готового бетона. Используют обыкновенный портландцемент, а также цементы с добавками пластификаторов, ускорителей отвердения или гидрофобных веществ.
Вода, используемая для приготовления смеси, не должна иметь примесей типа жиров, кислот, сахаров, сульфатов. Болотные и сточные воды не подходят. Морская и содержащая соли (не более 2 процентов) вода может использоваться.
Природный песок, как правило, применяется кварцевый, с фракцией от 0,16 до 5 миллиметров. Допустимо использование песков, образующихся путем отсева дробления. Количество примесей (пыли, глины, ила) не должно превышать 3 процента.
Гравий, фракция которого имеет размер от 5 до 70 миллиметров, не должен содержать более одного процента примесей. Для строительных конструкций берут гравий в полтора-два раза прочнее бетона. Для сооружений, подвергающихся воздействию влаги и холода, нужен особый гравий – морозостойкий. К щебню предъявляются аналогичные требования.