Как правильно сделать бетон для своей стройки

Немного о свойствах

Бетоном называется каменный материал, полученный из различных компонентов в результате затвердевания смеси из вяжущего (цемента), заполнителей (песка, щебня, гравия) и воды.

Цементные бетоны (есть еще и нецементные — с другими вяжущими) имеют несколько показателей, характеризующих их свойства, но главный из них — это марка. Она означает, какую нагрузку на 1 см² выдерживает без каких-либо повреждений бетонная конструкция. Для определения фактической марки испытывают на сжатие несколько образцов — бетонных кубиков с ребром 200 мм после 28-суточного твердения в нормальных условиях.

Твердение раствора наиболее интенсивно проходит в первые семь суток, достигая, в зависимости от марки, 40% результирующей прочности. После же 28 суток набор прочности резко снижается, хотя и продолжается еще довольно долго (рис. 1). Поэтому было решено марку бетона определять по прочности, достигнутой им за 28 суток.

Рис. 1. Процесс твердения бетона

Цемент

В бетонных смесях в основном применяют портландцемент, пуццолановый портландцемент и шлакопортландцемент, реже — быстротвердеющие (БТЦ) портланд- и шлакопортландцементы. Кроме них имеется ещё целое семейство специальных цементов: расширяющийся, щёлокостойкий, кислотостойкий и др. И если вам вместо обычных цементов попадётся какой-либо из специальных, то смело приобретайте его. На садовых и приусадебных участках любой из них пойдёт в дело. Только обязательно запомните марку цемента, это важно.

Песок

В зависимости от зернового гранулометрического состава песок разделяется на следующие группы:
— крупный — 3,5–2,4 мм, 
— средний —2,5–1,9 мм,
— мелкий — 2,0–1,5 мм, 
— очень мелкий —1,6–1,1 мм, 
— тонкий — меньше 1,2 мм.

Последний вид песка малопригоден для приготовления бетона и может применяться лишь в самом крайнем случае, когда другого нет, и то в небольших количествах.

В соответствии с требованиями СНиП («Строительных норм и правил») песок в бетонной смеси должен быть чистым, без включения органических остатков (корней, веток, коры и пр.), а также посторонних засоряющих предметов, комков глины, суглинка, супеси, запылённости от них. В любом случае количество глинистых (илистых) частиц в песке для приготовления обычных бетонов не должно превышать 5%.


Не всякий песок подойдёт для изготовления прочного бетона

Процент загрязнённости можно определить отмачиванием. Для этого в пол-литровую бутылку следует насыпать 200 см³ сухого песка. Затем налить воду, взболтать, отстоять минуты полторы и слить. Проделать так надо несколько раз, пока вода не станет чистой. Если остаётся чистого песка около 190 см³, то отход составит примерно 5%. 



Когда речь идёт о составе бетона, то предполагается, что используются сухие материалы. На практике же при замесе необходимо учитывать влажность песка. Даже сухой на вид он имеет 1% воды, обычный — 5%, после дождя — до 10 %. При затворении же смеси водой пластичность бетона, которая зависит от влажности, определяется фактически «на глазок».

Бетон можно считать очень пластичным, если он самовольно сползает с горизонтальной штыковой лопаты; среднепластичным — сползает с той же лопаты, только слегка наклонённой; ма-лопластичным — не сползает даже с наклонённой лопаты; непластичный или, как ещё говорят строители, жёсткий бетон на лопате стоит бугорком. Очень плохо доводить его до такого жидкого состояния, когда он стекает с лопаты. Подобный материал применять не рекомендуется.

Щебень

Этот наполнитель получают дроблением горных пород. В зависимости от величины каменных осколков щебень подразделяется на фракции: особо мелкий, как говорят строители, «семечки» — З–10 мм, мелкий — 10–20 мм, средний — 20–40 мм и крупный — 40–70 мм. Фракции гравия примерно такие же.

В соответствии со СНиП (часть 1) величина составляющих крупного заполнителя не должна превышать 1/3 наименьшей толщины элемента конструкции и 3/4 расстояния в свету между стержнями арматуры, и, что очень важно, размер камней не должен быть больше 150 мм.

Плиты допускается бетонировать с применением не более 25% заполнителей с наибольшей величиной камней, равной 1/2 толщины плиты. Для стенок колодцев и погребов даже такой размер великоват. Берите наибольший размер камней не более 1/3 толщины стенок, а то и меньше — проще будет уложить бетон и добиться его большей плотности.


Очень важно подобрать щебень грамотно

В целях максимального заполнения пустот (существенно снижающих прочность бетона) в смеси следует одновременно применять разные фракции щебня (гравия): мелкую, среднюю и крупную. Причём мелкой фракции должно быть не менее 1/3 от общего объёма щебня.

Принято считать, что объём пустот в песке не должен превышать 35%, в гравии — 45% и в щебне — 50%. Чем меньше пустот в щебне или гравии, тем меньше требуется песка, а главное, цемента.

Пустотность заполнителей определяют весьма простым способом. Проверяемые заполнители или уже подобранную смесь насыпают в ведро ёмкостью 10 л. Заполняют ведро до краёв и, не уплотняя, наливают воду пол-литровой или литровой банкой. Например, в ведро вошло 3,5 л воды — значит, пустотность составляет 35 %. Очень просто, не правда ли? 

Вода

От её качества существенно зависит прочность бетона. Чтобы не ошибиться в выборе воды, следует запомнить следующее:
1) для затворения и поливки бетона можно применять любую воду, пригодную для питья, в том числе и ту, которая пригодна только после кипячения;
2) нельзя использовать для затворения бетона промышленные, болотные, сточные воды, содержащие жиры, растительные масла, сахар, кислоты и прочие подобные включения;
3) в сомнительных случаях пригодность воды определяют путём сравнительных испытаний бетонов, приготовленных на питьевой и проверяемой воде. Если прочность испытываемого бетона не ниже прочности бетона, который получен при использовании питьевой воды, то проверяемую воду можно применять;
4) морскую воду применяют для затворения бетонов только на основе портланд- и глинозёмистых цементов.

Как рассчитать состав бетона

Состав бетона рассчитывают на основе следующих исходных данных: требуемой марки, срока её получения, необходимой подвижности (пластичности) бетонной смеси, вида и марки цемента, характеристик имеющихся заполнителей: гранулометрического состава песка и фракций щебня или гравия. В соотношении материалов вес или объём цемента принимают за единицу, а количество других составляющих бетона выражают в виде части веса или объёма цемента.

Например, если на замес требуется 25 кг цемента (Ц), 75 кг песка (П), 125 кг щебня (Щ), то соотношение составляющих будет 25/25: 75/25: 125/25 = 1: 3: 5.

Количество воды обычно выражают в частях от веса цемента. Если в нашем примере для состава бетона требуется 12,5 л воды, то водоцементное отношение (В/Ц) будет равно: В/Ц = 12,5/25 = 0,5
Исходя из условий получения достаточно плотных бетонов, а также из экономических соображений, рекомендуется брать цемент марки, которая выше марки бетона в 2–2,5 раза.

Для бетонов высоких марок (300 и выше) это соотношение может быть снижено до 1,5 и даже до 1,0 за счёт увеличения расхода цемента (таблица 1).

Таблица 1. Марки цементов, предназначенных для получения обычных бетонов при нормальных условиях твердения

Марки бетонов 150 и 250 кг/см² уже лет тридцать как не применяют. До Великой Отечественной войны и особенно в первые послевоенные годы, когда цемент был в большом дефиците, эти марки бетонов были широко распространены. Мы приводим их, так как прочности этих бетонов в дачном строительстве за глаза хватит; экономия же цемента, а значит и денег, будет значительной. 

Как уже было сказано, водоцементное отношение (В/Ц) — это пропорция веса воды и цемента, используемых для приготовления бетонной смеси требуемой прочности (марки) бетона. В/Ц находят по формулам или из опыта. Мы же воспользуемся уже найденными значениями (табл. 2).


Таблица 2. Значения В/Ц для марок бетонов на основе гравия

Таблица 3 потребуется для расчёта состава бетона необходимой марки, а также для определения расхода цемента и заполнителей.


Таблица 3. Расход воды (л/м³) при различной величине зёрен заполнителей

Пользуясь таблицами, попробуем рассчитать состав бетона нужной марки. Предположим, мы имеем портландцемент М400, щебень с наибольшим размером камней 40 мм. Нам требуется бетон М200 средней пластичности.

В таблице 2 находим, что В/Ц = 0,63. Учитывая, что используется щебень, получаем В/Ц = 0,63 + 0,05 = 0,68. Из табл. 3 определяем нужное количество воды для получения бетона средней пластичности и размеров осколков щебня 40 мм и получаем 190 л/м³.

Таким образом, потребность в цементе составит: Ц = В/В/Ц = 190/0,68 = 279 кг/м³. Примем пропорции бетонной смеси 1: 3: 5. Следовательно, при расходе цемента 279 кг/м³ потребуется: песка — 279 × 3 = 837 кг/м³, щебня — 279 × 5 = 1395 кг/м³.

Безусловно, методика этого расчёта уступает по точности той, которая используется на ответственных строительных объектах (на 10%). Но мы же с вами возводим не плотину Братской ГЭС, где каждый замес бетона тщательно проверяли в лаборатории. Для работ, например, на садовом участке такой точности определения состава бетона достаточно. В конечном счёте, это куда лучше, чем брать состав с «потолка» по принципу — клади цемента больше, чтобы получилось крепче.

Состав бетона в одном ведре

На садовых и приусадебных участках замесы кубометрами не делают, тем более — вручную. Но имея расчёт на 1 м³, вы можете затворить бетона столько, сколько необходимо. А чтобы проще замерять материалы, вам следует знать, что в основной единице измерения, которая используется садоводами-огородниками — 10-литровом ведре — содержится: 
— 13–15 кг цемента — в зависимости от уплотнения при засыпке;
— 14–17 кг песка — в зависимости от его влажности;
— 15–17 кг щебня (гравия) — в зависимости от фракций; 
— 12–13 кг глины средней увлажнённости;
— 12 кг известкового теста.

Берите средние величины — не ошибётесь.

Как уже говорилось, соотношение составляющих бетона можно брать и по объёму, что делают даже чаще. Но этот способ страдает одним недостатком — при приготовлении бетонной массы смесь существенно уменьшается в объёме.

Так, из 1 м³ сухой смеси получается от 0,60 до 0,72 м³ массы. Всё зависит от заполнителей. Но для бетонных работ на садовом участке такие расхождения не критичны. Поэтому в таблице 4 приведём ориентировочные составы пластичных бетонов на гравии для ручной укладки в зависимости от марок цемента в объёмных частях (по данным Н.А. Попова).


Таблица 4. Объёмные соотношения составляющих бетона требуемой марки в зависимости от марки цемента

Как приготовить бетон

Если нужно вручную замесить относительно большое количество бетона, следует сбить плотный деревянный настил, называемый у строителей «бойком» (рис. 2), шириной 1,3–1,4 м, длиной (исходя из объёма разового замеса) не меньше 2,5 – 3,0 м. Доски «пришивают» поперёк длины как можно плотнее друг к другу, по возможности обив кровельным железом. Вдоль продольной оси «бойка» насыпают песок, делают бороздку, в неё насыпают цемент, который тут же присыпают песком, чтобы цемент не сдувало ветром.


Рис. 2. Устройство бойка

Всё это перемешивают (гарцуют) лопатами (рис. 2) как минимум два человека, проходя из конца в конец навстречу друг другу два–три раза. Получив однородную смесь, её немного смачивают водой и снова дважды гарцуют. Равномерно к смеси добавляют необходимое количество щебня и продолжают её перелопачивать — сначала насухо, а затем с добавлением небольших порций воды до тех пор, пока не получат бетон нужной пластичности.