Характеристики бетону: механічні та властивості міцності

Бетон – найпопулярніший і найпоширеніший будівельний матеріал у світі. Жодне будівництво – чи то заливання фундаменту для приватного будинку, чи зведення монолітних залізобетонних конструкцій – не обходиться без бетону. Не кажучи вже про виробничий сектор (тротуарна плитка, бордюрний камінь, стовпи, палі, плити перекриття та інші бетонні вироби), де бетон відіграє основну роль.

Характеристики бетону дозволяють використовувати його в різних будівельних сферах. По міцності він мало поступається природному каменю, а, по деяким характеристикам і зовсім перевершує його. Існує багато різновидів бетону, які визначаються маркою та класом. Але в рамках сучасної статті ці показники бетону розглядати не будемо, а повністю зосередимося на його головних і другорядних параметрах. Також торкнемося теми можливого підвищення характеристик за допомогою сучасних добавок.

Коротко про склад, марку цементу та клас бетону

Набір «інгредієнтів» бетону завжди однаковий, різниця лише у пропорціях. З чого складається сучасна бетонна суміш:

• щебінь (гравійний, гранітний або вапняковий);
• цемент (зазвичай це портландцемент марки від М100 до М500);
• пісок (річковий чи кар'єрний);
• вода (бажано водопровідна);
• різні добавки, що підвищують фізичні та хімічні властивості бетону.

Що стосується марки цементу та класу бетону, то це взаємозалежні поняття. Наприклад, марка бетону М100 відповідає класу В7,5 (міцність – 98 кгс/м²), а звичний М400 за характеристиками міцності відповідає класу В30 (міцність – 393 кгс/м²) тощо. Тут головне запам'ятати: що вище марка бетону, то вище його клас і, відповідно, характеристики міцності.

Однак варто також враховувати, що фізичні властивості бетону залежать не тільки від марки цементу, але й інших важливих факторів, серед яких:

• пропорцій матеріалів у складі;
• якості використовуваного щебеню, піску, цементу та води;
• технології виготовлення бетону;
• кількості, якості та виду добавок, які використовуються для підвищення основних характеристик.

Як уже згадувалося, якщо додавати різні добавки в бетон, характеристики його будуть вищими, ніж «чистої» бетонної суміші. Про добавки розповімо нижче.

Основні та другорядні характеристики бетону

Характеристики бетону умовно поділяють на основні та другорядні, але багато хто вважає, що всі показники однаково важливі та необхідні. Характеристики бетону:

1. Міцність (особливо на розтяг при вигині).
2. Щільність.
3. Усадка.
4. Структура (пористість).
5. Вага.
6. Водостійкість.
7. Морозостійкість та інші характеристики (звукоізоляційні властивості, теплопровідність, стійкість до агресивних речовин, вогнестійкість тощо).

Розглянемо кожну характеристику бетону окремо.

Характеристики міцності

Міцність вважається основною характеристикою бетону (вимірюється у кгс/м²). І йдеться насамперед про міцність на розтяг при вигині. Міцність залежить від багатьох факторів, але значну роль відіграє якість матеріалів і пропорції. Розраховується міцність двома методами:

1. Руйнівний спосіб контролю, коли беруть сухий кубик бетону, ставлять під прес і стискають до моменту руйнування. Сила, витрачена на руйнування бетонного зразка, і є показником міцності.
2. Неруйнівний спосіб. Використовується постфактум, тобто при вимірі характеристик міцності вже готової бетонної конструкції. Міцність вимірюють або молотком Фізделя, або молотком Кашкарова, або пістолетом ЦНДІБК (рос. ЦНИИСК). Рідше застосовується методика сколювання ребра бетонної конструкції.

Якщо розглядати бетон та його властивості, то насамперед звертають увагу саме на міцність, що виражається у кгс/м².

Щільність бетону

Щільність бетону – співвідношення маси суміші («кг» або «т») до об'єму (м³). При маркуванні характеристика густини позначається буквою «D» і вказується в кг/м³. Щільність залежить від:

• заповнювача;
• марки цементу;
• пропорцій;
• розміру піщин та типу гравійного заповнювача;
• кількості та якості води;
• умов набору міцності (умови висихання);
• добавок, що використовуються.

За цим параметром бетон поділяється на:

1. Особливо легкий – менше 500 кг/м³;
2. Легкий, коли показник щільності від 500 до 2000 кг/м³;
3. Тяжкий бетон має щільність від 2000 до 2500 кг/м³;
4. Особливо важкий – щільність від 2500 кг/м³ та вище.

До особливо легких бетонів відносять: вермикулітобетон, газобетон, газосилікат, пінобетон, піносилікат, газозолобетон. До легких: аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлітобетон, керамзитобетон тощо. Тяжкий бетон – це завжди суміш на щебені або гравії, а особливо важкий – залізобетон, при створенні якого використовують сітку з арматури різного діаметру.

Усадка бетону

Усадка бетону вважається одним з важливих параметрів, оскільки від нього залежить кількість та глибина тріщин, які з'являться у процесі висихання конструкції (період висихання – не менше 28 днів). Чим більше усадка бетону, тим вище можливість утворення тріщин, що вплине на термін експлуатації готової конструкції.

Цей параметр відноситься до групи «механічні властивості бетону» і регулюється пропорціями, якістю використовуваних заповнювачів і сполучних матеріалів та різними добавками.

Структура (пористість)

Пористість бетону поряд із міцністю вважається однією з основних характеристик. З точки зору структури виділяють 4 типи бетону:

1. Злитий (щільний), коли весь міжзерновий простір зайнято в'язким матеріалом (цемент). Цей тип бетону відрізняється підвищеною морозо- та водостійкістю.
2. Великопористий бетон, коли порожнечі наповнені повітрям.
3. Порізований бетон, коли порожнечі у міжзерновому просторі заповнені легкими заповнювачами (газом або піною).
4. Комірчастий бетон, коли порожнечі створюються навмисно за допомогою спеціальних пороутворюючих добавок.

До параметра пористості в приватному будівництві ставляться негативно, вважаючи, що надмірна кількість порожнин послаблює майбутню конструкцію. І це правда, проте пористість не можна сприймати негативно, оскільки цей параметр регулюється залежно від призначення та умов експлуатації майбутньої споруди, конструкції чи бетонного виробу.

Вага бетону

Вага бетонної суміші залежить від наповнювача. Вимірюється у співвідношенні маси суміші на 1 м³. За вагою бетон поділять на:

• особливо легкий (0,5 т/м³);
• легкий (0,5-1,8 т/м³);
• тяжкий (1,8-2,5 т/м³);
• особливо тяжкий (2,5-3 т/м³).

У свою чергу вага бетонної суміші залежить від таких параметрів, як міцність та щільність. Також значення має вид великого наповнювача (гравійний, вапняковий чи гранітний щебінь). Це основні властивості бетону.

Водостійкість, морозостійкість та інші характеристики бетону

Водостійкість або водонепроникність також вважається одним із важливих параметрів, особливо при будівництві гідротехнічних споруд (бетонування водних каналів, будівництво гребель, пірсів, маяків, тунелів тощо). Визначають рівень водостійкості за допомогою тесту, схожого на метод визначення міцності. Вирізають два кубики бетону, один з них ставлять під прес, а другий поміщають у воду, даючи йому насититися вологою, після чого також випробовують під пресом.

Морозостійкість – здатність бетону тривалий час витримувати мінусові температури або їх перепади без деформації та руйнування. На цей параметр частково впливає пористість. Є також інші параметри, наприклад:

• теплопровідність – властивість передавати тепло;
• звукоізоляційні властивості;
• стійкість до кислот та лугів;
• вогнестійкість тощо.

Чи варто використовувати бетон, технічні характеристики якого не відповідають значенням та стандартам, прописаним у проектній документації? Звичайно ж, ні, тому для посилення основних та другорядних характеристик використовують спеціальні добавки.

Добавки для бетонної суміші MicroArm, PoliArm та X-Mesh

Добавки бувають різними: від пластифікаторів, що підвищують пластичність, обтічність і швидкість висихання, до різних армуючих складів. Проте сьогодні є й універсальні добавки, які одночасно підвищують усі характеристики бетону. Йдеться, звичайно ж, про фіброволокно чи фібру.

Фібра також буває різною (сталева, базальтова, скловолоконна), але найпоширеніший, ефективний та дешевий вид фіброволокна – поліпропіленові мікроволокна. Розглянемо три варіанти поліпропіленової фібри, які найчастіше використовуються як у приватному, так і у промисловому будівництві.

Фібра MicroArm – екструдовані мікроволокна з первинного поліпропілену довжиною від 2 до 18 мм, які створюють цілісну матричну сітку всередині бетонної суміші, значно підвищуючи основні та другорядні характеристики бетону. Що дає MicroArm:

• підвищує міцнісні властивості бетону на 27% (до 296,5 кгс/м²);
• суттєво знижує ймовірність появи тріщин при усадці (до 70%);
• також підвищується морозостійкість до 35 МПа;
• на 35% підвищується міцність на розтяг при вигині (до 42,8 кгс/м²);
• суттєво підвищується водонепроникність з 2 W до 6 W;
• окрім того MicroArm запобігає стиранню бетону та розшаруванню бетонної суміші.

Використовувати поліпропіленове мікроволокно MicroArm можна в будь-яких будівельних проектах: заливання підлог (у тому числі промислових), виробництво бетонних виробів, будівництво монолітних конструкцій, внутрішнє та зовнішнє оздоблення тощо. Сфера застосування необмежена.

Фібра PoliArm – синтетичне структурне макроволокно довжиною від 25 до 55 мм, яке використовується переважно у великому промисловому та цивільному будівництві (промислові підлоги, аеродромні та дорожні покриття, бетонні елементи житлових та промислових будівель, тунелі, дороги та інші монолітні конструкції). Особливості:

• підвищення показника міцності на розтяг при згині до 40 МПа;
• зниження водопоглинання дрібнозернистого бетону до 4% замість 7%;
• суттєве підвищення ударної міцності;
• знижується водовідділення та стирання (до 0,55 г/см²);
• бетонна суміш менше розшаровується і поступово висихає навіть при недотриманні технології;
• крім іншого, знижується питома вага бетонної конструкції, що є особливо актуальним для монолітних міжповерхових перекриттів.

Також варто зауважити, що PoliArm однаково підвищує властивості бетону та залізобетону, оскільки ця добавка може використовуватися спільно з класичними армуючими матеріалами (арматурна сітка).

Фібра X-Mesh – скручені синтетичні високоміцні макроволокна із кополімеру поліпропілену завдовжки від 23 до 54 мм. Цей вид фіброволокна обробляється спеціальними розчинами, що підвищують адгезію з бетонною сумішшю. Особливості:

• знижується розшаровування, усадка та ймовірність появи тріщин;
• збільшується міцність на розтягуванні при згині, а також міцність;
• вогнестійкість;
• зниження ваги бетонної конструкції;
• стійкість до перепадів температур та агресивних речовин.

Фібра X-Mesh створює щільну матричну сітку всередині бетонної суміші, що робить конструкцію монолітною, а отже, міцнішою. Може використовуватися разом з іншими армуючими матеріалами.

Характеристики бетону слід враховувати завжди, при будь-якому виді будівництва. І по можливості збільшувати їх, додаючи в суміш фіброволокна згідно з інструкцією. Фібра покращить основні та другорядні характеристики бетону та вплине на термін експлуатації бетонної конструкції.