Бетон

Это искусственный камень, получаемый в результате затвердения бетонной массы. Состоит из смеси цемента, заполнителей разной крупности и воды.

Песок, гравий, используемые в бетоне, должны быть чистыми, так как загрязнения снижают его прочность. При необходимости материалы хорошо промывают. Цемент применяют той марки, которая позволяет получить бетон нужной прочности. Вода тоже должна быть чистой.

Бетонная масса может быть разной консистенции - густоты. Жесткая (как бы влажная земля) при укладке требует сильного уплотнения; пластичная (относительно густая и более подвижная) нуждается в меньшем уплотнении; литая - это подвижная масса, почти самотеком заполняющая форму.

Консистенция бетонной массы зависит от количества воды, при избытке которой она расслаивается, а прочность бетона снижается. Если одновременно добавлять воду и цемент, не меняя соотношений между ними, то прочность бетона остается без изменения. Чем гуще масса и чем сильнее она уплотняется (трамбуется), тем выше прочность бетона, и наоборот.

Если в бетонную массу положить стальную (железную) арматуру, то получим железобетон - более прочный бетон.

Желательно готовить и укладывать более густую массу с осадкой конуса 2-6 см. Однако уложить и хорошо уплотнить ее можно только в крупных конструкциях с редко расположенной арматурой. Чем тоньше конструкция и чем чаще расположена в ней арматура, тем пластичнее должна быть бетонная масса.

Нормы предусматривают следующую консистенцию бетонной массы с осадкой конуса в сантиметрах:

подготовка под фундаменты и полы - 2-3 см; массивные конструкции без арматуры (фундаменты, стены) или с редко расположенной арматурой - 3-6 см;

обычные железобетонные конструкции (балки, колонны, плиты) с арматурой средней густоты - 8-12 см;

тонкие стены, колонны и балки малых сечений, а также конструкции с густой арматурой - 12-14 см.

Консистенцию бетонной массы измеряют специальным металлическим конусом с очень гладкой внутренней поверхностью (без швов). Высота конуса - 30 см, ширина в нижнем основании - 20, в верхнем - 10 см. Сбоку конус имеет две ручки, внизу его укрепляют два упора в виде лапок или скоб, на которые надо встать ногами, прижимая конус к горизонтальной площадке (широкая доска, фанера, лист стали или пластмассы). Для проверки готовят бетонную массу, смачивают площадку водой, ставят на нее конус, прижимают ногами, наполняют его в три слоя по 10 см бетонной массой, каждый слой протыкают 25 раз стержнем-штыком из круглой стали диаметром 15 мм. Такое уплотнение называется штыкованием. Наполнив конус, излишнюю бетонную массу срезают вровень с краями. После этого конус за ручки медленно поднимают вертикально. Освобожденная из него бетонная масса начинает медленно оседать, меняя свою форму. Как только бетонная масса прекратит оседать, рядом с ней ставят конус, кладут на его верхнее основание рейку и измеряют расстояние от нее до осевшей массы линейкой с сантиметровыми делениями. Чем жиже консистенция бетонной массы, тем больше она оседает, и наоборот.

Примерная осадка бетонной массы: жесткой - от 0 до 2 см, пластичной - от 6 до 14, литой - от 17 до 22 см. Бетонная масса не должна выделять воду и расслаиваться.

При подборе заполнителей надо стремиться к тому, чтобы гравий, щебень и песок имели зерна различной крупности. В этом случае между зернами почти не будет пустот. Принято считать, что объем пустот в песке не должен превышать 37%, в гравии - 45, а в щебне - 50%. Чем меньше пустот в крупном заполнителе (гравии или щебне), тем меньше потребуется песка и сократится расход цемента.

Проверить пустотность в заполнителе можно довольно простым способом. Подобранную смесь или отдельно гравий, щебень, песок насыпают в 10-литровое ведро. Не уплотняя, сравнивают с краями, отмеривают воду и заливают ее тонкой струей в ведро до краев. По объему влитой воды определяют пустотность: если ее влито, например, 4,5 л, то пустотность - 45%.

Состав заполнителя подбирают с помощью стандартных сит. Гравий или щебень просеивают через сито с ячейками диаметром 80, 40, 20, 10 и 5 мм; песок - 5; 2,5; 0,5; 0,3 и 0,15 мм. Зерна, остающиеся на каждом из сит, называются фракцией заполнителя.

Рассмотрим два способа подбора заполнителя.

1. Наибольшая крупность заполнителя - 40 мм. Просеивают гравий или щебень через сито с ячейками диаметром 40 мм. Остаток заполнителя на сите называется верхним остатком. Затем то, что прошло через сито 40 мм, просеивают через сито 20 мм. Остаток заполнителя на этом сите называется первой фракцией с зернами крупностью от 21 до 40 мм. То, что прошло через сито 20 мм и осталось на сите 10 мм, является второй фракцией с зернами крупностью от 11 до 20 мм. То, что прошло через сито 10 мм, просеивают через сито 5 мм, остаток дает третью фракцию с зернами крупностью от 6 до 10 мм. То, что прошло сквозь сито 5 мм, называют нижним остатком.

Для приготовления крупнозернистой смеси часто берут по 5% верхнего и нижнего остатка и по 30% первой, второй и третьей фракций. Верхний остаток можно заменить первой фракцией в количестве 5%.

Крупнозернистую смесь такого состава можно приготовить из двух фракций: 50-65% - первой, 35-50% - третьей или из трех: 40-45% - первой фракции, 20-30 - второй и 25-30% - третьей.

2. Наибольшая крупность заполнителя - 20 мм. Просевая заполнитель через сито 20 мм, а то, что прошло через него, - через сито 10 мм, получают первую фракцию с крупностью зерен от 11 до 20 мм. Затем то, что прошло через сито 10 мм, просеивают через сито 5 мм и получают вторую фракцию с зернами крупностью от 6 до 10 мм. Наконец, то, что прошло через сито 5 мм, просеивают через сито 3 мм и получают третью фракцию с зернами от 4 до 5 мм. Песок сначала просеивают через сито 2,5 мм, а то, что прошло через него,- через сито 1,2 мм и получают первую фракцию. То, что прошло через сито 1,2 мм, просеивают через сито 0,3 мм и получают вторую фракцию. Для приготовления песчаной смеси берут 20-50% первой фракции, 50-80% - второй.

Таким образом подбирают зерновой состав гравия или щебня и песка. Отмерив нужное количество заполнителя разных фракций, их необходимо хорошо между собой перемешать, чтобы зерна равномерно распределились по всей своей массе.

Размеры крупного заполнителя должны быть не более ¹/₄-¹/₅ наименьшего размера конструкции детали. Для тонких плит наибольшая крупность заполнителя может достигать ¹/₃ и даже ¹/₂ толщины плиты. Для железобетонных конструкций с густой арматурой наибольшая крупность зерен должна быть не более 40, а иногда и 20 мм. Размер зерен заполнителя не должен быть больше ³/₄ расстояния между стержнями или прутьями арматуры.

Таблица 8. Состав обычных бетонов (по данным И. М. Френкеля)

Цемент надо применять такой марки, которая превышала бы заданную марку бетона в 2-3 раза (для портландцемента - в 2 раза, для других цементов - в 3 раза). Например, для бетона марки 150 кгс/см² следует применять цемент марки не менее 400 кгс/см².

Избыток цемента в бетоне приводит к перерасходу последнего, а недостаток уменьшает его плотность, водопроницаемость, морозостойкость, приводит к ржавлению уложенной арматуры.

При приготовлении бетонной массы смесь заметно уменьшается в объеме. Из 1 м³ сухой смеси получается от 0,59 до 0,71 м³ бетонной массы. Поэтому для приготовления 1 м³ бетонной массы следует брать гораздо больше сухих материалов. Например, для одного состава бетона требуется 0,445 м³ песка, 0,870-гравия, 0,193 м³ цемента (250 кг), 178 л воды; для другого - 0,395 м³ песка, 0,880 - гравия, 0,198 м³ цемента (260 кг), 185 л воды; для третьего - 0,445 м³ песка, 0,880 - гравия, 0,204 м³ цемента (265 кг), 189 л воды.

Таблица 9. Ориентировочные составы обычных бетонов на гравии в объемных частях (по данным Н. А. Попова)

(Примечания: 1. На первом месте цемент, на втором - песок, на третьем - гравий или щебень. 2. Составы указаны для хорошего песка и гравия. При гравии с пустотностью свыше 45% дозировку его уменьшают на 10%, при мелком песке - на 10-15%; применяя щебень, дозировку песка увеличивают примерно на 10%)

Таким образом, умелый подбор зернового состава заполнителя позволяет получить бетон одной и той же марки, но с разным содержанием цемента. Составы обычных бетонов приведены в таблицах 8 и 9. В последней из них не указывается количество воды, его подбирают в зависимости от требуемой консистенции бетонной массы.

Подобрав крупные заполнители, их отмеривают объемными частями и перемешивают. Соответствующий песок также отмеривают в нужном количестве и засыпают на боек (деревянный щит) ровным слоем в виде грядки. На грядку насыпают цемент и все тщательно перемешивают (гарцуют) до получения однородной смеси. Затем цементно-песчаную смесь гарцуют с гравием или щебнем до полной однородности сперва в сухом виде, затем постепенно поливают из лейки отмеренной водой и многократно перелопачивают до получения совершенно однородной по составу и густоте бетонной массы, которую тут же используют в дело (не позднее часа, считая с минуты затворения водой).