Бетон — свойства и классы

Бетон (от фр. beton) — это искусственный каменный материал, который получен в результате затвердевания хорошо перемешанной смеси из минерального или органического вещества с водой и заполнителями различных фракций, взятых в определенных пропорциях. Состав бетонной смеси должен обеспечить бетону к определенному сроку заданные свойства (прочность, водонепроницаемость и др). Благодаря этим качествам товарный бетон является главным строительным материалом, который применяют во всех областях строительства.

Разнообразие заполнителей, добавок и технологических приемов позволяет получать бетоны, пескобетоны, пусковые смеси и т.д. с самыми разными свойствами. Товарный бетон долговечен и огнестоек, его плотность, прочность и другие характеристики можно изменять и получать материал с заданными свойствами.

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочности, марки морозостойкости и водонепроницаемости.

Марка Класс Прочность
(кгс/кв.см)
Морозостойкость Водо-
непроницаемость
Подвижность
100 В 7,5 98 F 50 W2 П3
           
150 В 12,5 164 F 50 W2 П3
200 В 15 196 F 100 W4 П3
250 В 20 262 F 150 W6 П3
300 В 22,5 295 F 200 W6 П3
350 В 25 327 F 200 W8 П3
400 В 30 393 F 200 W8 П3
450 В 35 458 F 300 W10 П3
550 В 40 524 F 300 W12 П3
600 В 45 589 F 300 W12 П3

Класс бетона — это числовая характеристика какого-либо его свойства, принимаемая за класс бетона, гарантированной обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленное классом свойство обеспечивается не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5-ти случаях можно ожидать его не выполненным.

Бетоны подразделяются на классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60. Различают следующие марки бетона: M75, M 100, M 150, M 200, М 250, M 350, M 400, М 450, M 550, M 600, М 700, M 800. Соотношение между классом и марками бетона по прочности при нормативном коэффициенте вариации v = 13,5%.

Класс бетона Средняя прочность данного
класса кгс/кв.см
Ближайшая марка бетона
В3,5 46 M50
В 5 65 M75
В 7,5 98 M 100
В 10 131 M 150
В 12,5 164 M 150
В 15 196 M 200
В 20 262 M 250
В 25 327 M 350
В 30 393 M 400
В 35 458 M 450
В 40 524 M 550
В 45 589 M 600
В 50 655 M 600
В 55 720 M 700
В 60 786 M 800

Бетон должен быть однородным — это важнейшее техническое и экономическое требование. Для оценки однородности бетона данной марки используют результаты контрольных испытаний бетонных образцов за определенный период времени, имеется в виду, что стандартные образцы твердели в одинаковых условиях одно и то же время. Прочность бетонных образцов будет колебаться, отклоняясь от среднего значения в большую и меньшую стороны. На прочности сказываются колебания в качестве цемента и заполнителей, точность дозирования составляющих, тщательность приготовления бетонной смеси и другие факторы.

Для повышения однородности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, повышение уровня технологической дисциплины, автоматизация производства. Следовательно для нормирования прочности необходимо использовать стандартную характеристику, которая гарантировала бы получение бетона заданной прочности с учетом возможных ее колебаний.

За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см2) контрольных образцов-кубов.

Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение. Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролируют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолитных конструкций в возрасте 28 суток, для сборных конструкций — в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или техническими условиями.

Прочность бетона определяют путем испытания образцов, которые изготовляют сериями; серия, как правило, состоит из трех образцов.

Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопротивления растяжению замедляется в области высокопрочных бетонов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10—1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе — 1/6—1/10.

Водонепроницаемость

Проектная марка бетона по водонепроницаемости характеризуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.
По водонепроницаемости бетон делят на марки W2, W4, W6, W8 и W12, причем марка обозначает давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду в условиях стандартного испытания.

Морозостойкость

Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назначается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

За марку бетона по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое при испытании выдерживают образцы установленных размеров без снижения прочности на сжатие более 5% по сравнению с прочностью образцов, испытанных в эквивалентном возрасте, а для дорожного бетона, кроме того, без потери массы более 5%. Установлены марки по морозостойкости: F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500.

Твердение

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Взаимодействие цемента с водой прекращается, если бетон высыхает или замерзает. Раннее высыхание и замерзание бетона непоправимо ухудшает его строение и свойства.

Бетон нуждается в уходе, создающем нормальные условия твердения, в особенности в начальный период после укладки (до 15—28 суток). В теплое время года влагу в бетоне сохраняют путем поливки и укрытия. На поверхность свежеуложенного бетона наносят битумную эмульсию или его укрывают полиэтиленовыми и другими пленками.

Характер нарастания прочности бетонов, изготовленных на портландцементе и твердевших в нормальных условиях (во влажном воздухе с температурой 18—22°С). Приближенно можно считать, что прочность бетона со временем увеличивается примерно по логарифмическому закону: Rn = R28(lgn / lg28)

  • где Rn — прочность бетона в возрасте n суток (не менее трех суток);
  • R28 — марка бетона;
  • n — число дней твердения бетона.

Эту формулу используют при ориентировочных расчетах времени распалубки. Более точно прочность бетона в промежуточные сроки твердения определяется по опытной кривой нарастания прочности бетона, которая может быть построена по результатам испытания образцов 3, 7, 28, 90 — суточного возраста. Бетон при нормальных условиях твердения имеет низкую начальную прочность и только через 7-14 суток приобретает 60-80% марочной прочности.