Характеристики бетона: механические и прочностные свойства

Бетон – самый популярный и распространенный строительный материал в мире. Ни одно строительство – будь то заливка фундамента для частного дома или возведение монолитных железобетонных конструкций – не обходится без бетона. Не говоря уже о производственном секторе (тротуарная плитка, бордюрный камень, столбы, сваи, плиты перекрытия и прочие бетонные изделия), где бетон играет основную роль.

Характеристики бетона позволяют использовать его в самых разных строительных сферах. По прочности он практически не уступает природному камню, а по некоторым характеристикам и вовсе превосходит его. Существует много разновидностей бетона, которые определяются маркой и классом. Но в рамках сегодняшней статьи эти показатели бетона рассматривать не будем, а всецело сосредоточимся на его основных и второстепенных характеристиках. Также затронем тему возможного повышения характеристик с помощью современных добавок.

Коротко о составе, марке цемента и классе бетона

Набор «ингредиентов» бетона всегда одинаковый, разница лишь в пропорциях. Из чего состоит современная бетонная смесь:

• щебень (гравийный, гранитный или известняковый);
• цемент (обычно, это портландцемент марки от М100 до М500);
• песок (речной или карьерный);
• вода (желательно водопроводная);
• различные добавки, повышающие физические и химические свойства бетона.

Что касается марки цемента и класса бетона, то это взаимозависимые понятия. Например, марка бетона М100 соответствует классу В7,5 (прочность – 98 кгс/м²), а привычный М400 по прочностным характеристикам отвечает классу В30 (прочность – 393 кгс/м²) и т.д. Тут главное запомнить: чем выше марка бетона, тем выше его класс и, соответственно, характеристики прочности.

Однако стоит также учитывать, что физические свойства бетона зависят не только от марки цемента, но и от других важных факторов, среди которых:

• пропорций материалов в составе;
• качества используемого щебня, песка, цемента и воды;
• технологии приготовления бетона;
• количества, качества и вида добавок, используемых для повышения основных характеристик.

Как уже упоминалось, если добавлять различные добавки в бетон, характеристики его будут выше, чем «чистой» бетонной смеси. О добавках расскажем ниже.

Основные и второстепенные характеристики бетона

Характеристики бетона условно делят на основные и второстепенные, но многие считают, что все показатели в равной степени важны и необходимы. Характеристики бетона:

1. Прочность (особенно на растяжение при изгибе).
2. Плотность.
3. Усадка.
4. Структура (пористость).
5. Вес.
6. Водостойкость.
7. Морозостойкость и другие характеристики (звукоизоляционные свойства, теплопроводимость, устойчивость к агрессивным веществам, пожароустойчивость и т.д.)

Рассмотрим каждую характеристику бетона отдельно.

Характеристики прочности

Прочность считается основной характеристикой бетона (измеряется в кгс/м²). И речь, прежде всего, о прочности на растяжение при изгибе. Прочность зависит от многих факторов, но значительную роль играет качество используемых материалов и пропорции. Рассчитывается прочность двумя методами:

1. Разрушающий метод контроля, когда берут высохший кубик бетона, ставят под пресс и сжимают до момента разрушения. Сила, потраченная на разрушение бетонного образца, и есть показатель прочности.
2. Неразрушающий метод. Используется постфактум, то есть при измерении прочностных характеристик уже готовой бетонной конструкции. Прочность измеряют либо молотком Физделя, либо молотком Кашкарова, либо пистолетом ЦНИИСК. Реже применяется методика скалывания ребра бетонной конструкции.

Если рассматривать бетон и его свойства, то первым делом обращают внимание именно на прочность, которая выражается в кгс/м².

Плотность бетона

Плотность бетона – соотношение массы смеси («кг» или «т») к ее объему (м³). При маркировке характеристика плотности обозначается буквой «D» и указывается в кг/м³. Плотность зависит от:

• заполнителя;
• марки цемента;
• пропорций;
• размера песчинок и типа гравийного заполнителя;
• количества и качества воды;
• условий набора прочности (условия высыхания);
• используемых добавок.

По этому параметру бетон делится на:

1. Особо легкий – меньше 500 кг/м³;
2. Легкий, когда показатель плотности варьируются от 500 до 2000 кг/м³;
3. Тяжелый бетон имеет плотность от 2000 до 2500 кг/м³;
4. Особо тяжелый – плотность от 2500 кг/м³ и выше.

К особо легким бетонам относят: вермикулитобетон, газобетон, газосиликат, пенобетон, пеносиликат, газозолобетон. К легким: аглопоритобетон, шлакопемзобетон, перлитобетон, керамзитобетон и т.д. Тяжелый бетон – это всегда смесь на щебне или гравии, а особо тяжелый – железобетон, при создании которого используют армирующую сетку из арматуры различного диаметра.

Усадка бетона

Усадка бетона считается одним из важных параметров, поскольку от него зависит количество и глубина трещин, которые появятся в процессе высыхания конструкции (период высыхания – не менее 28 дней). Чем больше усадка бетона, тем выше вероятность образования трещин, что повлияет на срок эксплуатации готовой конструкции.

Этот параметр относится к группе «механические свойства бетона» и регулируется пропорциями, качеством используемых заполнителей и связующих и различными добавками.

Структура (пористость)

Пористость бетона наряду с прочностью считается одной из основных характеристик. С точки зрения структуры выделяют 4 типа бетона:

1. Слитный (плотный), когда все межзерновое пространство занято вяжущим материалом (цемент). Этот тип бетона отличается повышенной морозо- и водостойкостью.
2. Крупнопористый бетон, когда пустоты наполнены воздухом.
3. Поризованный бетон, когда пустоты в межзерновом пространстве заполнены легкими заполнителями (газом или пеной).
4. Ячеистый бетон, когда пустоты создаются намеренно с помощью специальных порообразующих добавок.

К параметру пористости в частном строительстве относятся негативно, считая, что излишнее количество пустот ослабляет будущую конструкцию. И это правда, однако пористость нельзя воспринимать негативно, поскольку этот параметр регулируется в зависимости от назначения и условий эксплуатации будущей постройки, конструкции или бетонного изделия.

Вес бетона

Вес бетонной смеси полностью зависит от наполнителя. Измеряется в соотношении массы смеси на 1 м³. По весу бетон делят на:

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

В свою очередь вес бетонной смеси зависит от таких параметров, как прочность и плотность. Также значение имеет вид крупного наполнителя (гравийный, известняковый или гранитный щебень). Это основные свойства бетона.

Водостойскость, морозостойкость и прочие характеристики бетона

Водостойкость или водонепроницаемость также считается одним из важных параметров, особенно при строительстве гидротехнических сооружений (бетонирование водных каналов, строительство плотин, пирсов, маяков, тоннелей и т.д.) Определяют уровень водостойкости с помощью теста, схожего с методом определения прочности. Вырезают два кубика бетона, один из них ставят под пресс, а второй помещают в воду, давая ему напитаться влагой, после чего тоже подвергают испытанию под прессом.

Морозостойкость – способность бетона длительное время выдерживать минусовые температуры или их перепады без деформирования и разрушения. На этот параметр частично влияет пористость. Есть и другие параметры, например:

• теплопроводность – свойство передавать тепло;
• звукоизоляционные свойства;
• устойчивость к кислотам и щелочам;
• пожароустойчивость и т.д.

Стоит ли использовать бетон, технические характеристики которого не отвечают значениям и стандартам, прописанным в проектной документации? Конечно же, нет, поэтому для усиления основных и второстепенных характеристик используют специальные добавки.

Добавки для бетонной смеси MicroArm, PoliArm и X-Mesh

Добавки бывают разными: от пластификаторов, повышающих пластичность, обтекаемость и скорость высыхания, до различных армирующих составов. Однако сегодня есть и универсальные добавки, которые одновременно повышают все характеристики бетона. Речь, конечно же, о фиброволокне или фибре.

Фибра также бывает разной (стальная, базальтовая, стекловолоконная), но наиболее распространенный, эффективный и дешевый вид фиброволокна – полипропиленовые микроволокна. Рассмотрим три варианта полипропиленовой фибры, которые чаще всего используются как в частном, так и в промышленном строительстве.

Фибра MicroArm – экструдированные микроволокна из первичного полипропилена длиной от 2 до 18 мм, которые создают целостную матричную сетку внутри бетонной смеси, значительно повышая основные и второстепенные характеристики бетона. Что дает MicroArm:

• повышает прочностные свойства бетона на 27% (до 296,5 кгс/м²);
• существенно снижает вероятность появления трещин при усадке (до 70%);
• также повышается морозостойкость до 35 МПа;
• на 35% повышается прочность на растяжение при изгибе (до 42,8 кгс/м²);
• существенно повышается водонепроницаемость с 2 W до 6 W;
• кроме того MicroArm предотвращает истираемость бетона и расслоение бетонной смеси.

Использовать полипропиленовое микроволокно MicroArm можно в любых строительных проектах: заливка полов (в том числе промышленных), производство бетонных изделий, строительство монолитных конструкций, внутренняя и внешняя отделка и т.д. Сфера использования не ограничена.

Фибра PoliArm – синтетическое структурное макроволокно длиной от 25 до 55 мм, которое используется преимущественно в крупном промышленном и гражданском строительстве (промышленные полы, аэродромные и дорожные покрытия, бетонные элементы жилых и промышленных зданий, туннели, дороги и прочие монолитные конструкции). Особенности:

• повышение показателя прочности на растяжение при изгибе до 40 МПа;
• снижение водопоглащения мелкозернистого бетона до 4% вместо 7%;
• существенное повышение ударной прочности;
• снижается водоотделение и истираемость (до 0,55 г/см²);
• бетонная смесь меньше расслаивается и равномерно высыхает даже при несоблюдении технологии;
• кроме прочего, снижается удельный вес бетонной конструкции, что особо актуально для монолитных межэтажных перекрытий.

Также стоит заметить, что PoliArm в равной степени повышает свойства бетона и железобетона, поскольку эта добавка может использоваться совместно с классическими армирующими материалами (арматурная сетка).

Фибра X-Mesh – скрученные синтетические высокопрочные макроволокна из сополимера полипропилена длиной от 23 до 54 мм. Этот вид фиброволокна обрабатывается специальными растворами, повышающими адгезию с бетонной смесью. Особенности:

• снижается расслаивание, усадка и вероятность появления трещин;
• увеличивается прочность на растяжении при изгибе, а также ударопрочность;
• огнестойкость;
• снижение веса бетонной конструкции;
• устойчивость к перепадам температур и агрессивным веществам.

Фибра X-Mesh создает плотную матричную сетку внутри бетонной смеси, что делает конструкцию монолитной, а значит, более прочной. Может использоваться совместно с другими армирующими материалами.

Характеристик бетона нужно учитывать всегда, при любом виде строительства. И по возможности увеличивать их, добавляя в смесь фиброволокна согласно инструкции. Фибра улучшит основные и второстепенные характеристики бетона и повлияет на срок эксплуатации бетонной конструкции.