Плотность бетона – одна из наиболее важных его характеристик, так как этот фактор напрямую связан с показателями прочности, водонепроницаемости и ряда других свойств этого строительного материала. Плотность бетона определяется отношением его массы к объему и зависит от концентрации пор, возникающих в процессе приготовления бетонной смеси. Большое количество пор образуется при небольшом количестве цемента в составе смеси, недостаточном перемешивании ее составляющих и интенсивном испарении воды, не прореагировавшей с цементом.

Плотность смеси и плотности затвердевшего бетона

Говоря про понятие «плотность бетона», необходимо четко различать плотность бетонной смеси и плотность затвердевшего состава. Плотность бетонной смеси может практически совпадать с теоретически рассчитанной при ее правильном заводском приготовлении. В результате воздухововлечения в ходе вибраций, перемешивания и воздействия иных факторов, коэффициент уплотнения бетонной смеси составляет примерно 0,96-0,98 (значение «1» — идеальная смесь без наличия воздуха). Что касается затвердевшего состава, то в результате испарения воды в процессе его застывания в нем всегда существует определенное число воздушных пор, поэтому абсолютно точно соответствовать расчетной плотности застывший бетон не может по определению.

Повышение плотности бетона

Плотность бетона может быть повышена рядом методов. К примеру, при формировании смеси можно использовать заполнители с меньшим размером зерна, тем самым снизив итоговый процент пустот. Также плотность бетонной смеси можно увеличить, используя пуццолановый портландцемент или глиноземный цемент, практически не образующий пор при застывании. Кроме того, введение пластифицирующих добавок в смесь снижает водоцементное отношение (В/Ц), повышают плотность и улучшают другие эксплуатационные характеристики бетона.

Классификация бетонов по плотности

Исходя из фактора плотности, различают 4 типа бетона:

1. Особо легкие бетоны на пористых заполнителях (марки М50, М75), применяемые с целью теплоизоляции различных конструкций. В качестве заполнителя подобных  бетонов используются вермикулит либо перлит, в результате чего конечный состав обладает малым весом и высокой пористостью (70-85%).

2. Легкие бетоны (ГОСТ определяет, что объемная масса таких составов до 1600 кг/м³ – то есть марки М100, М150, М200) с наполнителями в виде туфа, пемзы, керамзита. Не особо плотный бетон этих марок также содержит достаточно высокую плотность полостей и не отличается особой прочностью. Именно поэтому легкий бетон используется в качестве вспомогательного состава для дорожного строительства слабонагруженных объектов и в производстве неответственных изделий.

3. Бетон тяжелый, технические характеристики и специфика применения которого рассмотрены в отдельной статье. Он представляет собой основной строительный материал для зданий и сооружений монолитной и железобетонной конструкции, работающих под нагрузкой. Плотность и прочность тяжелого бетона зависят от марки и типа заполнителя (в большинстве случаев – различной крупности известняковый, гравийный или гранитный щебень, а также разные фракции песка). Плотность бетона данного типа варьируется в пределах 1800-2500 кг/м³.

4. Особо тяжелые бетоны (ГОСТ определяет, что их плотность варьируется в пределах 2500-6000 кг/м³ объединяют под собой специфические марки этого стройматериала, используемые для строительства особо ответственных объектов гидротехнического плана и АЭС. В качестве заполнителя таких бетонов используется металлическая стружка, барит, магнетит и другие соединения, увеличивающие прочность конструции и уменьшающие уровень радиационного фона.

Существуют различные виды бетона. Для того, чтобы подбор состава бетона под конкретные нужды конкретного заказчика в полной мере соответствовал должному пониманию желаемых свойств для производителя этого стройматериала, и существует классификация бетона по ряду признаков. В числе наиболее показательных и часто используемых бетон принято классифицировать:

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

Используя различные рецептуры, производители бетон могут обеспечить готовой смеси те или иные характеристики и четко представлять, как поведет себя данная смесь в конкретных условиях окружающей среды.

Классификация бетона на основе вяжущего вещества

Вид вяжущего вещества в бетона в значительной мере определяет все свойства и характеристики. Исходя из данной классификации бетона различают:

• цементные бетоны;
• гипсовые бетоны;
• силикатные бетоны;
• полимерные бетоны;
• шлаковые (шлакощелочные) бетоны;
• специальные бетоны.

Кроме этих видов существуют также бетонные смеси, основанные на комбинации нескольких вяжущих веществ (сухие штукатурные смеси и так далее). Но вернемся к рассмотрению каждого из этих видов бетона.

Редко применяемый в современной промышленности силикатный бетон производится в автоклавах путем твердения смеси на основе извести.

Полимерцементные — полимерные бетоны в своей основе содержат связующее из смеси латекса, цемента и растворимых в воде смол. Полимерный бетон используется для устройства дорожных покрытий, полов, коррозионно-стойких покрытий и ряда отделочных строительных материалов.

Гипсовые и гипсоцементные — пуццолановые бетоны, вяжущим веществом в которых является гипс, достаточно востребованы в производстве. Их применяют для изготовления элементов внутренней отделки помещений (подвесные потолки, гипсокартонные перегородки) и целых блоков.

Шлаковые — шлакощелочные бетоны получают из шлаков, затворенных растворами щелочей.

Специальные бетоны получаются в результате применения особых вяжущих веществ. Составляющие бетона этого типа включают в качестве вяжущих жидкое стекло, шлаковые, нефелиновые, стеклощелочные и другие элементы, производимые из или являющиеся непосредственно производственными отходами.

Свойства тяжелого бетона того или иного вида напрямую зависят от его состава. В состав тяжелого бетона любой марки входят цемент, песок, заполнитель, вода и различные химические добавки, улучшающие необходимые покупателю свойства смеси исходя из специфики условий эксплуатации конечного изделия. Пропорции этих составляющих бетона могут качественно и количественно меняться в зависимости от необходимых технических характеристик бетона.

При формировании состава тяжелых бетонов используется два типа заполнителей: мелкий и крупный. Мелким является песок различных фракций, крупным — как правило, известняковый, гранитный или гравийный щебень, базальт, диабаз и некоторые другие породы. Варьируя соотношение мелкого и крупного заполнителя, а также вид и пропорции специальных добавок, получают необходимые покупателю эксплуатационные свойства смеси.

Производство тяжелого бетона различных марок – достаточно сложный и трудоемкий процесс. В кустарных условиях изготовить качественную смесь, которая бы обладала эксплуатационными свойствами, аналогичными смеси заводского производства, невозможно. Поэтому если Вам необходимо купить бетон для любых и особенно ответственных видов строительства, от лучше обратиться в специализированную строительную компанию, которая окажет свои услуги по продаже и транспортировке сухих смесей или готовых к использованию бетонных растворов самых различных марок.

Виды тяжелых бетонов и область их применения

В зависимости от состава и целевого назначения, существуют следующие виды тяжелых бетонов:

• Высокопрочный бетон
• Быстротвердеющий бетон
• Бетон на мелком песке
• Бетон с тонкомолотыми добавками
• Литой бетон
• Малощебеночный бетон
• Бетон с поверхностно — активными добавками
• Бетон для гидротехнических сооружений
• Бетон для дорожных и аэродромных покрытий
• Бетон для сборных железобетонных конструкций

Высокопрочный бетон (марки от М500 до М1000) для особо ответственных конструкций (дома и торговые комплексы высотой свыше 20 этажей, мосты, гидросооружения) получают на основе песка пустотностью менее 40%, высокопрочного портландцемента и гранитного щебня. Укладка такого бетона осуществляется с дополнительным уплотнением, что повышает его итоговую прочность.

Быстротвердеющий бетон высоких марок, достигающий достаточно высокой прочности (300 — 500 кг/ кв.см.) в первые трое суток после своей заливки используют в редких случаях, когда сроки строительства достаточно кратки и не позволяют использовать технологии естественного затвердевания бетонной смеси.

Бетон на мелком песке (марка М300) отличается средней прочностью и высокой водоудерживающей способностью.

Бетон с тонкомолотыми добавками отличается средней прочностью, лучшей адгезией и экономией цемента при росте пропорции воды в смеси.

Литой бетон (марки от М200 до М600) готовится на основе портландцемента или быстротвердеющего цемента и используется в случаях, когда расслоение смеси при застывании недопустимо.

Малощебеночной бетон отличается пониженным содержанием заполнителя. Ввиду невысокой прочности и высокой степени воздухововлеченности он используется для создания ячеистых бетонов и утепления.

Бетон с поверхностно—активными добавками в зависимости от состава этих добавок отличается морозостойкостью и воздухововлечением в бетон либо же высокой подвижностью и длительным временем застывания смеси.

Бетон для гидротехнических сооружений (классы прочности В5, В7, В 10, В 15, В20, В25, ВЗО, В40) отличается долговечностью и прочностью несмотря на постоянный контакт с водой. Его состав зависит от конкретных условий эксплуатации объекта.

Бетон для дорожных и аэродромных покрытий отличается высокой изгибной прочностью, прочностью на сжатие и морозостойкостью, поэтому требует значительного концентрации цементной составляющей и химических добавок.

Бетон для сборных железобетонных конструкций для скорейшего застывания требует применения тепловой обработки и катализаторов.

Большое значение при работе в зимнее время был предусмотрен подогрев составляющих бетонную смесь (заполнителей) с расчетом получения в бетоне при выдаче из бетоносмесительного отделения температуры в пределах 25-30° выше нуля. Большое значение имеют также и работы по переводу заводов обычного силикатного кирпича на производство крупных силикатных блоков.

В последнее время именно в связи с развитием крупноблочного строительства Российские ученые разрабатывают технологию изготовления крупноразмерных строительных деталей из той же сырьевой массы, из которой делается в том числе и силикатный кирпич, т.е. из подготовленной смеси извести и песка. Работами институтов — НИИ Гражданстрой, впервые изготовившего в 1952 г. на Павловском заводе силикатного кирпича с применением метода вибрации и введением в смесь извести с пустотами в силикатные блоки, а также последующими работами Республиканского научно-исследовательского института (РОСНИИМС) МПСМ РСФСР-доказана техническая целесообразность такого производства. Опыты показали, что изделия из силикатных масс по своим техническим показателям могут применяться в строительстве наравне с бетонными деталями, изготовленными на основе портландцемента.

В целом ряде организаций уже получены пустотные крупные блоки размером 3,0 X 1,5 м при толщине в 400-500 мм, а также блоки без пустот, равные по объему 500-700 шт. кирпича. По пределу прочности и морозостойкости эти блоки не уступают бетонным блокам на цементной основе. Пустотность блоков достигает 20% при объемном весе 1400-1600 кг/м3 и пределе прочности на сжатие 75, 100 кг/см2 и выше.

Масса в форму подается бетоноукладчиком, серийно выпускаемым промышленностью. Он состоит из четырех бункеров: двух — для бетонной смеси и по одному — для фактурной и штукатурной растворных смесей. Процесс горизонтального формования заключается в следующем: бетоноукладчик подает раствор для фактурного слоя, который размещается по площади форм с помощью планки разравнивателя.

Затем в форму вводятся пустотообразователи и закладываются монтажные петли, после чего бетоноукладчик подает бетонную смесь. Одновременно включаются внутренние вибраторы нижних двух рядов пустотообразователей.

Через 1,5-3 мин. приводятся в действие вибраторы двух верхних рядов пустотообразователей, и вибрирование продолжается 5-10 мин. в зависимости от состава и вязкости бетонной смеси. После уплотнения бетона оставшаяся незаполненной верхняя часть формы на высоту 1,5-2 см до краев наполняется штукатурным раствором. Включаются верхние вибрирующие пустотообразователи, и уплотнение раствора продолжается 5-10 сек. пригодно временном выравнивании поверхности блока виброрейкой. По окончании формовки блока из него с помощью тяги извлекают пустотообразователи и снимают форму.

Для облегчения операции вначале сдвигают верхние два ряда пустотообразователей, а затем два нижних. С этой же целью перед извлечением пустотообразователей на несколько секунд включаются вибраторы направленного действия. Химические и газообразующие добавки.

При двухсменной работе и коэффициенте использования механизма, равном 0,85, на установке предполагается изготовить за год до 50 тыс. м3 крупных стеновых бетонных или силикатных блоков размером 2,7 X 1,4 X 0,5 м и с пустотностью до 30%. В тепло техническом отношении такой блок при толщине 0,5 м отвечает теплозащитным нормам для районов с наружной температурой минус 30°.

Весьма важной в производстве крупных пустотных блоков, особенно при четырехрядной разрезке стены, является предложенная доктором техн. наук проф. Г. Г. Булычевым формовочная машина для вертикального формования крупных блоков, разработанная в ЦНИПС, а также формовочная машина СА-2, разработанная Строй ЦНИЛ-3.

Большое преимущество этих установок заключается в том, что они предназначены для производства крупных стеновых блоков разных типоразмеров. Химические и газообразующие добавки в производстве крупных блоков. Большое перспективное значение для развития производства крупных блоков имеет строительство заводов по изготовлению ячеистых бетонов автоклавного твердения с химическими и газообразующими добавками. Ячеистый бетон можно получить двумя способами: химическим, при котором газобразуется в строительном растворе, и механическим, когда в раствор вводят предварительно изготовленную пену.

Исходные материалы для получения ячеистых бетонов — зола электростанций, пески, доменные гранулированные и другие шлаки — имеются повсюду. Это открывает широкую дорогу газобетону и газосиликату на строительные площадки.

Химические добавки можно разделить по эффекту действия:

1. Регулируют свойства бетонных смесей: увеличивают подвижность (пластифицирующие), предупреждают расслоение бетона (стабилизирующие), уменьшают водоотделение (водоудерживающие).
2. Регулируют схватывание бетона.
3. Регулируют плотность и пористость бетонной смеси.
4. Регулируют деформацию бетона.
5. Повышают защитные свойства бетона к стали.
6. Уменьшающие смачивание бетонов.

Большинство добавок обладают сразу несколькими вышеперечисленными свойствами. В этом случае они классифицируются по наиболее ярко выраженному свойству.

При введении добавки в бетон изучают максимальный технический эффект и делают выводы о эффективности данной добавки. В группах добавки от меры проявления эффекта подразделяют еще на подгруппы.

В производстве бетона применение пластификаторов занимает одно из ведущих мест среди прочих химических добавок. Применение пластификаторов для производства бетона началось еще в 30-е годы, и активно применяется по сей день. Получают поверхностно-активные вещества (пластификаторы) из отходов химической промышленности.

В качестве пластификатора в бетонах чаще всего применяют СДБ. Данная добавка повышает подвижность, однородность, текучесть бетонной смеси при перекачивание бетононасосом. Сокращает расход цемента за счет сокращения расхода воды. Так же она замедляет твердение бетона на ранней стадии. В первые дни твердения уменьшает тепловыделение бетонной смеси.

Для повышения свойств морозостойкости используют воздухововлекающие добавки для бетонов и растворов. Рекомендуется ограниченное введение данной добавки, так как она ведет к снижению свойств прочности бетона.

Кроме химических добавок для регулирования структуры и свойств бетона применяются минеральные добавки. Внешний вид минеральных добавок — порошкообразное вещество. Производят минеральные добавки для бетона из молотых шлаков, золы, горных пород и т.д.

Отличие от химических добавок состоит в том, что они не растворяются в воде и за счет этого являются твердой составляющей бетона. Основное отличие от заполнителя это более мелкий размер. За счет размещения в бетоне вместе заполнителем они уплотняют структуру бетона, что ведет к уменьшению расхода цемента. Подразделяются минеральные добавки для бетона на две группы минеральные добавоки — разбавители и заполнители.

Минеральные добавки так же подразделяются на активные и инертные. Активные добавки для бетона образуют вяжущие соединения при взаимодействие с Са(ОН)2 в присутствии воды и при комнатной температуре. Молотые доменные шлаки твердеют самостоятельно при добавлении извести.

Молотый кварцевый песок, который относится к инертным добавкам для бетона при обычной температуре не вступает в реакцию. И чаще данную добавку используют для регулирования зернового состава и пустотности бетона.

Минеральные добавки вулканического происхождения очень широко применяются при производстве бетона. Одним из недостатков является повышенная водопотребность.

При сжигание пылевидных углей, которые содержат глинистые вещества, кварц и карбонатные породы, получаются золы ТЭС. В топке под большой температурой минеральная часть углей оплавляется, затем остывает образовывая стекловидный материал. Зола уноса очень широко используется в изготовления цемента. В зависимости содержания кальция золы подразделяются на высококальцевые и низкокальцевые. Для замещение частиц цемента в бетонах применяются высококальцевые, они обладают хорошими вяжущими свойствами. Низкокальцевые являются структурообразующими компонентами цементного камня. Широко используются в качестве активных минеральных добавок для бетона.

Определение «конструкционный» может быть опущено в наименованиях таких бетонов. В наименованиях специальных бетонных смесей делается акцент на их основное назначение. Используются также названия, соответствующие сочетаниям признаков: «легкий бетон», «бетон тяжелый», «бетон силикатный», «ячеистый бетон».

Цементные бетоны готовят на разновидностях портландцемента. Широкое применение нашли пуццолановые цементы и шлакопортландцементы.

Силикатные бетоны. Для приготовления силикатных бетонных смесей в состав вводится известь в сочетании как с кремнеземистыми добавками (кварцевый песок, цемент, активные минеральные добавки, шлаки), так и с гидравлическими активными компонентами.

Шлаковые бетоны делают с использованием активизаторов затвердения (это может быть гипс, известь, щелочные растворы) и молотых шлаков.

Гипсовые бетоны используются для отделки фасадов малоэтажных домов, подвесных потолков и внутренних перегородок. В основе смеси – ангидрид (плюс вяжущие – гипсоцементно-пуццолановые и т.д.).

Полимерные бетоны хорошо зарекомендовали себя в особых условиях

воздействия (кавитации, истирания и пр.), а также в агрессивных средах. Производятся на разных видах полимерных связующих. Основу последних составляют эпоксидные, полиэфирные, карбомидные и другие смолы либо мономеры, отверждаемые в бетоне благодаря специальным добавкам (к примеру, фурфуролацетоновый).

Основные требования к бетонам

Прочность на сжатие – определяющий параметр, который учитывается для бетонов стандартных конструкций. Бетон для конструкций, которые находятся на открытом воздухе, должен соответствовать требованиям к морозостойкости.

Малая усадка, морозостойкость, высокая плотность, достаточная прочность, водонепроницаемость – критерии, что учитываются для бетонов, используемых для строительства гидротехнических сооружений.

Бетоны для возведения легких перекрытий и стен отапливаемых зданий должны характеризоваться заданной теплопроводностью и прочностью. Бетонные смеси для полов – высокой прочностью при изгибе и низкой истираемостью. Бетоны, применяемые для строительства аэродромных и дорожных покрытий, кроме указанных выше требований, должны обладать морозостойкостью.