Бетон, бетонирование, цемент

Создание фундамента может выполняться как с применением готовых изделий (фундаментные блоки, блок-подушки, башмаки…), так и с его отливкой из бетонного раствора на месте. Для индивидуального застройщика, желающего снизить свои затраты, отказ от покупных железобетонных изделий будет более оправданным.

Это связано не только с относительно высокой ценой готовых железобетонных изделий, но и с теми затратами, которые потребуются на их транспортировку, разгрузку и проведение монтажных работ. Без привлечения специальных подъемных средств тут никак не обойтись. Создание подъездных путей и организация самой строительной площадки под монтаж железобетонных изделий – это большие проблемы и дополнительные хлопоты.

В условиях индивидуального строительства в подавляющем числе случаев возведение фундамента связано с его бетонированием на месте. Это оправдано не только желанием снизить затраты, но и возможно благодаря более гибкому подходу к проектированию фундамента. В этом случае из бетона можно отливать фундамент любых размеров и форм без привязки к габаритам каких-либо готовых изделий. Такой фундамент можно устраивать практически на любой строительной площадке вне зависимости от степени её освоения и застройки.

С бетонированием многие застройщики, может, не в тех объемах и не в тех условиях, но, скорее всего, уже сталкивались. Опыт общения с ними автора показал, что познания в этой области иногда бывают поверхностными и даже ошибочными. Начинающий застройщик должен отдавать себе отчет в том, что фундамент – это не только верно выбранная схема. Правильный подбор материалов, грамотно выполненное армирование, точное соблюдение правил бетонирования и содержания созревающего бетона – обязательные условия надежности и качества фундамента. Многие просчеты и недопонимания застройщика в этих вопросах слишком дорого обходятся ему в дальнейшем, на этапе строительства и эксплуатации жилья.

Общие сведения о бетонах

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси вяжущего материала (цемент), воды, заполнителей (песок, щебень…) и специальных добавок (в определенных пропорциях). До затвердевания уплотненная смесь называется бетонным раствором.

По назначению различают бетоны:
– конструкционный – применяется для изготовления несущих и ограждающих конструкций; не предназначен для выполнения теплозащитных функций;
– гидротехнический – используется для возведения гидросооружений; характеризуется стойкостью к увлажнению, водонепроницаемостью, морозостойкостью;
– жаростойкий – предназначен для возведения специальных конструкций, работающих при высоких температурах;
– теплоизоляционный – используется в качестве теплоизоляции стен и перекрытий; не ориентирован на восприятие больших механических нагрузок.

По плотности бетоны бывают:
– тяжелые – наиболее распространенный бетон, у которого в качестве заполнителя используется щебень твердых пород (гранит, известняк, диабаз…);
– легкие и особо легкие бетоны – получают с использованием легких заполнителей (пемза, туф, шлак керамзит, пенополистирол) – шлакобетон, керамзитобетон, пеноиолистиролбетон; или путем придания пористой структуры (поризованные бетоны) через введение в бетонную смесь воздухововлекающих добавок (микропенообразователей) – пенобетон, или же предварительно взбитой пены или газообразующих добавок – газобетон.

К числу легких бетонов относятся также ячеистые бетоны, которые обладают высокопористой структурой. Объем пор в таких бетонах достигает 80%. Такие бетоны с плотностью 300…1200 кг/м³ обладают низкой теплопроводностью и используются как эффективный теплоизолирующий материал. Бетоны с малой плотностью используются только как теплоизоляция, а более плотные – и как конструкционный материал.

По виду вяжущего вещества различают бетоны:

– цементные – бетоны на портландцементе и его разновидностях;

– гипсовые – обладают малой водостойкостью, поэтому из них изготавливают конструкции, находящиеся внутри здания (подвесные потолки, перегородки…);

– полимербетоны – вяжущие эпоксидные, полиэфирные и другие смолы. В настоящее время полимербетон используется для изготовления черепицы с относительно низкой себестоимостью;

– полимерцементные бетоны изготавливают с добавкой водных дисперсий (латексов, винилацетата, винилхлорида, водорастворимых модификаций полиамидных смол, клея ПВА…), которые вводят вместе с водой затворения. Полимеры осаждаются в виде пленки на поверхности заполнителя, увеличивая сцепление между элементами бетона. Такие бетоны хорошо сопротивляются растяжению, обладают повышенной морозостойкостью, водонепроницаемостью, а также хорошо сопротивляются поверхностному износу.

Бетон – это смесь активных и инертных составляющих.

Активные составляющие бетона – цемент и вода – в результате химической реакции (гидролиз) переходят в твердую фазу и образуют цементный камень. Специальные добавки, корректирующие свойства бетона, также относятся к активным составляющим.

Инертные составляющие – заполнители – не участвуют в реакции отверждения бетонного камня. Цементный камень связывает мелкий и крупный заполнители, образуя жесткий скелет, воспринимающий внешние нагрузки. В некоторых бетонах (пенобетон, газосиликатный бетон и пескобетон) крупный заполнитель отсутствует.

К этой теме → Пропорции и применение марок бетонов

Цемент

Цемент – мелкий порошок серого, зеленоватого или белого цвета. Обычно он упакован в мешки из крафт-бумаги порциями по 50 кг или отпускается с заводов и торговых складов навалом. Цементы различают по наименованию (обыкновенный портландцемент, пуццолановый портландцемент, шлако-портландцемент, роман-цемент и т.д.) и маркам. Бывают цементы марок "200", "250", "300", "600".

Соотношение компонентов сырьевой смеси, необходимой для создания цемента, выбирают с тем расчетом, чтобы полученный при обжиге портландцементный клинкер имел следующий химический состав (%): СаО – 62…68, SiO₂ – 18…26, Аl₂O₃ – 1…9, Fe₂O₃ – 2…6. Для получения клинкера чаще всего используют известняк и глину (добываемые отдельно) в соотношении 3 : 1 (по весу). Приготовленную смесь подают на обжиг во вращающуюся печь, где при температуре 1200…1450°С происходит обжиг – образование цементного клинкера (твердых кусков серого цвета размером в горошину или орех). В шаровых мельницах куски клинкера тонко размалываются с гипсом и другими добавками (тонкость помола – менее 0,08 мм). Чем тоньше помол, тем выше марка цемента и тем быстрее он твердеет.

Обращаем внимание некоторых индивидуальных застройщиков, которые очень ревностно относятся к экологии жилья: эти природные минеральные составляющие цемента экологически нейтральны. Низкий уровень экологической безопасности бетонных домов может возникнуть из-за малой воздухопроницаемости стен и из-за наличия в их составе гранитного щебня, который иногда имеет радиоактивный фон, выходящий за допустимые нормы.

Плотность цемента насыпная – 1100…1200 кг/м³, а в уплотненном состоянии – до 1700 кг/м³. В какой-то степени насыпная плотность цемента может охарактеризовать его марку. С увеличением марки цемента плотность свеженасыпанного цемента также увеличивается:
– марка 100 плотность 0,70 кг/л,
– марка 200 плотность 0,85 кг/л,
– марка 300 плотность 0,97 кг/л,
– марка 400 плотность 1,10 кг/л,
– марка 500 плотность 1,24 кг/л.

В одном ведре объемом 10 литров – 12…13 кг цемента М400.

Срок схватывания – одна из основных характеристик твердения цемента. Он рассчитывается от момента затворения (соединение с водой). Начало схватывания должно быть не ранее чем через 45 минут, а конец – не позднее 10 часов. Такие сроки дают возможность транспортировать и укладывать бетонные смеси до начала схватывания. Эти показатели определяют при температуре 20°С. Если цемент затворяют горячей водой (более 40°С), то может произойти очень быстрое схватывание. Работая по технологии ТИСЭ, надо учитывать, что приготовленная смесь должна быть израсходована до начала момента схватывания (за 20 – 30 мин). Увеличить время схватывания можно, добавив в воду клей ПВА (на 1 ведро – 50 мл).

Твердение цемента – химический процесс, который происходит при взаимодействии с водой и сопровождается выделением тепла. Частицы цемента начинают растворяться, причем одновременно происходят гидролиз (разложение отдельных минералов водой) и гидратация (присоединение воды), образуется цементное тесто-гель, из которого позднее выпадают твердые кристаллы высокой прочности.

Твердение портландцемента – достаточно длительный процесс (месяцы и годы). Но если вначале, в первую неделю, процесс набора прочности идет очень резко, то в дальнейшем скорость нарастания прочности сильно замедляется. Поэтому качество цемента принято условно оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения (Рисунок 88).

Рисунок 88. Изменение прочности бетона во времени
(R – прочность бетона; R₂₈ – марочная прочность бетона)

При твердении бетона в естественных условиях 50% прочности достигается через 7 суток. Эти сроки значительно удлиняются при пониженных температурах (Рисунок 89). При повышении температуры до 80°С сроки созревания бетона сокращаются в 8 – 10 раз. Поэтому на производствах ЖБИ применяют пропарочные камеры, где бетонные изделия набирают прочность, достаточную для транспортировки изделий, за 5 – 10 часов. В графике приведен пример с замораживанием и оттаиванием бетонной смеси. Здесь имеется в виду замораживание до начала набора прочности, т.е.) если смесь заморожена до начала схватывания. Если же замораживание бетонной смеси произошло в начале набора прочности, то такая смесь, потеряв монолитную структуру, не способна стать полноценным бетоном.

Рисунок 89. График созревания бетона в зависимости от температуры:
1 – при 15…20°С; 2 – при 40°С; 3 – при 12°С; 4 – при замораживании и дальнейшем оттаивании

Оценка качества цемента.

Качество цемента можно оценить по дате изготовления и сроку его хранения, при этом условия хранения должны быть соблюдены. За время хранения марка цемента снижается на 5% в месяц. Так, при хранении в течение 6 месяцев марка цемента снизится на 40…50%.

Цемент считается качественным, если нет признаков окомкования. Наличие этого процесса определяют на ощупь: если горсть цемента сжать в кулаке, то свежеизготовленный цемент сразу просыплется между пальцами, а лежалый – образует комок, поскольку он уже впитал влагу. До тех пор, пока комок можно размять пальцами, цемент считается пригодным к использованию.