Водоцементное соотношение бетонной смеси ГОСТ

Что такое водоцементное отношение для бетона и почему его нужно учитывать

Водоцементное отношение – это отношение объема воды к массе цемента в бетонном замесе. От величины данного параметра напрямую будет зависеть непроницаемость бетона. В строительстве водоцементное отношение высчитывается по формуле в/ц = масса воды/масса цемента, обычно равно 0.25, что в пропорциях получается как 1:4.

Некоторые добавляют воду в соотношении 0.35-0.6 для облегчения работы с раствором, что сказывается на прочности кладки или монолита. Поэтому если есть необходимость сделать раствор более текучим, но сохранить прочность, можно использовать специальные пластификаторы.

Соотношение песка, воды и цемента влияет на стойкость бетона к усилию на сжатие. Чем больше воды в смеси, тем менее прочным будет бетон, более проницаемым и менее плотным, что соответствующим образом сказывается на прочности и долговечности всего здания или конструкции. Лишняя вода, которая не вступила в реакцию, в процессе застывания бетона будет испаряться и может стать причиной появления трещин, пустот, иных дефектов.

Бетон затвердевает при прохождении химической реакции воды с цементом и песком – реакции гидратации, сопровождаемой выделением тепла (теплота гидратации). Для получения качественного раствора для каждого кг цемента берут 250 миллилитров воды.

Почему это важно?

Под водоцементным соотношением понимают отношение массы воды к массе цемента, необходимого для приготовления рабочей смеси. Если в бетон добавить жидкости больше, чем нужно, его качество резко ухудшается, показатели бетона М400 могут соответствовать марке М200. После укладки монолит расслаивается, при этом его прочность снижается в несколько раз. Тем не менее, без воды невозможна гидратация цемента, поэтому она должна присутствовать. По водоцементному соотношению бетонной смеси требования изложены в ГОСТ по каждому конкретному виду цемента. Снижение прочности бетона в зависимости от марки и В/Ц соотношения представлено в графике.

Этот же процесс можно увидеть по таблице:

Нелинейность характеристик связана с тем, что химический процесс отвердевания бетона достаточно сложен. Например, влага, которая не участвует в гидратации, остается несвязанной, в результате чего в монолите остаются капилляры и поры, снижающие его плотность и прочность. При этом поры к поверхности бетона расширяются, поэтому он начинает крошиться за счет снижения водопроницаемости. Если влага остается в толще бетона до морозов, она неизбежно замерзнет и начнет разрывать конструкции изнутри, уменьшая прочностные характеристики. При этом лишняя вода влияет на подвижность раствора, которая тоже должна быть оптимальной. Зависимость высоты конуса от водоцементной смеси и пропорций других компонентов можно увидеть в следующей таблице:

Это означает, что правильно подобранное водоцементное соотношение – гарантия того, что бетон будет отвечать заявленным характеристикам.

Маркировка смеси

Требования ГОСТ регламентируют использование буквенно-цифровой маркировки бетона. Выглядит этот так: Бетон М400 В30/П4/F300/W10

1. Буква «М» означает марку бетонной смеси.
2. Буква «К» – класс раствора.
3. «П» – показатель подвижности.
4. «F» – стойкость к морозу.
5. «W» – водонепроницаемость бетонного раствора.

Процесс изготовление раствора, в соответствии с установленными законодательством нормами – это трудоемкие, сложные процедуры, требующие наличия навыков и многолетнего опыта работы. Не стоит доверять производство бетона кустарным фирмам. Такой продукт может влиять на прочность конструкции, приводя к растрескиванию или полному разрушению сооружения.

Помимо этого, в процессе создания бетонных смесей используется профессиональная, высокотехнологичная аппаратура, позволяющая изготавливать безупречное качество материала. Доверяйте лишь проверенным производителям и поставщикам бетона.

ГОСТ на тяжелый бетон – используемая терминология

Стандарт использует специальную терминологию и дифференцированно подходит к различным бетонным составам. Он разделяет их на следующие виды:

• тяжелые. Характеризуются структурой повышенной плотности и удельным весом в интервале 2–2,5 т/м3. Изготавливаются на основе цемента и крупнофракционного или мелкодисперсного наполнителя с повышенной плотностью;
• мелкозернистые. Средняя плотность мелкозернистого монолита, а также структура материала соответствуют тяжелым составам. Главное отличие – применение мелкозернистого наполнителя, который смешивается с портландцементом при замесе.

Каждая разновидность бетонного раствора изготавливается согласно определенной рецептуре и после твердения образует искусственный камень.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях

Что такое водоцементное соотношение

На картинке, размещённой в начале этой статьи, указан такой показатель как В/Ц. Что это такое? Это водоцементное соотношение — важнейший показатель в бетонопроизводстве. То есть, производное от деления массы воды на массу цемента. Оптимальным значением будет 0.4. Если этот показатель будет ниже, то недостаток воды приведёт к тому, что не все частицы цемента вступят в реакцию гидратации и часть его будет потрачена впустую, что приведёт к потере прочности. Если В/Ц будет превышать 0.4, то излишки воды также приведут к снижению прочности итоговой конструкции.

Важно соотносить показатель В/Ц с показателем удобоукладываемости смеси. Это когда бетонная смесь полностью заполняет опалубочную конструкцию без образования пустот.

Жёсткая смесь будет затруднять бетонирование, но добавлять воду для улучшения этих свойств вовсе не обязательно.

Для этого существуют пластифицирующие и даже суперпластифицирующие добавки. В таких случаях остаётся на нужном уровне В/Ц и не страдает удобоукладываемость. В зависимости от производимых работ по бетонированию определяется и удобоукладываемость поставляемого бетона, которая устанавливается производителю. Надо отметить, что для растворной смеси применяется такой показатель как подвижность.

Водоцементное соотношение

Для нормального протекания процессов гидратации цемента и придания раствору необходимой подвижности требуется соблюдать оптимальное водоцементное соотношение (водопотребность). Водопотребностью цемента называют минимальное количество воды, которое обеспечивает получение цементного теста нормальной густоты. Нормальной густотой называют консистенцию, при которой пестик Тетмайера опускается в продукт на глубину, установленную нормативами.

Минимальной водопотребностью обладает портландцемент – 24-28 %. Снизить этот показатель, сохранив требуемую пластичность смеси или раствора, можно введением специальных добавок – пластификаторов. Водопотребность пуццолановых цементов при наличии в них добавок осадочного происхождения составляет 35-40 %.

Состав бетона М100

Как и другие марки тяжелого бетона, М100 состоит из: гранитного или гравийного щебня (наполнитель), карьерного или речного песка, портландцемента ЦЕМ I 32,5Н ПЦ (М400)или ЦЕМ I 42,5Н ПЦ (М500).и чистой пресной воды. В связи с ограниченной сферой применения, присадки в эту марку бетона не добавляются.

Для малонагруженных конструкций (отмостка, садовая дорожка, подготовительные работы) возводимых на частных подворьях, в качестве наполнителя допускается использовать шлак, образовавшийся при сжигании каменного угля, бой кирпича и прочие строительные отходы.

Прочие физико-механические свойства

Усадка:

• определяет сокращение линейных размеров бетона при его созревании на открытом воздухе;
• степень усадки варьируется от 0.30 до 1.00 мм/м;
• максимальное сокращение наблюдается в начале твердения, — в первые 24 часа достигается 70% от общего показателя;
• если рабочий раствор содержит некорректные пропорции воды и цемента усадка увеличивается.

Огнестойкость:

• определяет способность материала сохранять прочность на фоне кратковременного воздействия высоких температур;
• железобетон прогревается на незначительную глубину, что обусловлено его низкой теплопроводностью;
• при длительном воздействии огня в основе развиваются необратимые химические изменения, и она теряет прочность;
• для обустройства печей и топок используется жароупорный железобетон со специальными наполнителями и глиноземным цементом.

В случае самостоятельного приготовления растворов приобретается товарный бетон. Средний уровень затрат сложился следующим образом. За м³ материала марки М100 придется отдать порядка 2100 руб., М300 – 2890 руб., М400 – 3800 руб.

О соответствии марки бетона и его класса согласно ГОСТ рассказано в видео:

Коррозиестойкость

Под процессом коррозии бетона подразумевается разрушение цемента, которое сопровождается снижением таких показателей как водонепроницаемость. При этом уменьшается коэффициент сцепления с арматурой, что приводит к уменьшению прочности. Для предотвращения разрушений вследствие коррозии находят применение разнообразные добавки в цементы, образующие кислотостойкие, пуццолановые и глиноземистые смеси. Помимо этого нередко используется технология обработки поверхности бетона специальными растворами в виде кремнефтористого натрия, жидкого стекла, проводятся работы по облицовке плиткой на керамической основе.

Определение подвижности бетонной смеси

От конструктивных особенностей изделий зависит в значительной мере выбор метода их формования, а это, в свою очередь, предъявляет соответствующие требования к консистенции бетонной смеси в отношении ее подвижности и удобоукладываемости.

Бетонные смеси бывают подвижными и жесткими. Подвижные смеси при укладке легко заполняют форму и уплотняются в ней под действием собственной силы тяжести. Жесткие смеси для указанных выше операций требуют приложения подчас значительных внешних сил. Независимо от того, к какой из этих групп относится бетонная смесь, каждая из них в производственных условиях характеризуется определенной степенью подвижности. Подвижность бетонной смеси определяется по величине осадки стандартного конуса, отформованного из данной смеси (см. рисунок).

Для определения осадки конуса потребуются средняя проба бетонной смеси, деревянная или металлическая площадка, форма конуса, стержень для стыкования смеси, стальная линейка длиной не менее 70 см, стальная линейка с делениями длиной 20—50 см, кельма.

Ход работы. На деревянную, обшитую листовой сталью площадку толщиной

25 мм, размером 70×70 см устанавливают металлическую форму в виде усеченного прямого конуса высотой 30 см, диаметром нижнего основания 20 см и верхнего 10 см. Внутреннюю поверхность формы и площадку, на которой она установлена, увлажняют водой. Затем, прижав форму к площадке (наступив на педали), в нее в три приема равными частями помещают бетонную смесь. Каждую порцию бетонной смеси в форме уплотняют 25-кратным штыкованием стальным гладким стержнем диаметром 16 мм, длиной 650 мм. Стержень при каждом штыковании должен проникать через всю толщу бетонной смеси.

После уплотнения излишек бетонной смеси срезают вровень с верхними краями формы, заглаживая кельмой поверхность смеси. Затем форму медленно поднимают строго вертикально и ставят рядом с конусом, отформованным из смеси. На форму конуса по его диаметру кладут на ребро стальную линейку длиной 70 см так, чтобы свободный конец линейки проходил через центр конуса, изготовленного из бетонной смеси. Расстояние между поверхностью бетонной смеси и ребром линейки измеряют другой линейкой с делениями с точностью до 0,5 см. Результат промера характеризует величину осадки конуса. Как правило, определение для одной и той же смеси повторяют дважды. Результат двух параллельных измерений не должен отличаться больше чем на 2 см.

Выбор подвижности бетонной смеси зависит от вида конструкции. Например, для бетонных набивных свай O.K.

4—5 см, для густоармированных плит перекрытий и монолитных фундаментных столбов O.K. = 6—8 см и т.д. В каждом случае учитываются конструктивные особенности элементов, густота армирования, воспринимающие элементом нагрузки, марка бетона и используемые фракции (размеры крупного заполнителя — щебня, гравия).

Обозначения бетонных смесей

Характеристика подвижности обозначается буквой «П» с цифровым продолжением, указывающим на ее степень. Более высокая марка означает лучшую текучесть смеси. Например, малоподвижный бетон п3 или п4 имеют более высокую текучесть.

Бетон П1 имеет наименьшую текучесть, поэтому в промышленном и индивидуальном строительстве используется нечасто. Марки П2 и П3 имеют стандартные характеристики и используются практически повсеместно. Бетонная смесь П4 используется при плотном армировании конструкций и не требует дополнительного виброуплотнения. Марка П5 готовится для использования в герметичных формах из-за самой высокой текучести. Физико-механические характеристики

Определение подвижности

Для исследования и определения подвижности используют разные способы – и простые, и сложные, отличающиеся точностью конечных результатов. Метод осадки конуса считается самым быстрым и заключается в усадке смеси под собственным весом за определенный промежуток времени в конкретных условиях. При осадке конуса применяют конусообразную форму с размерами, варьирующимися в зависимости от фракции заполнителя.

С расширенной стороны конуса за три приема закладывается бетонный раствор, каждый слой уплотняется вручную протыканием (штыкованием) железным прутом Ø 3-5 мм. После уплотнения конус переворачивают для того, чтобы раствор выпал (вытек) на поддон. Через некоторое время, необходимое для усадки смеси, проверяют значение текучести методом расчета уменьшения высоты бетонной пирамиды по отношения к верхнему торцу конуса. Такое исследование проводится несколько раз, полученные данные отображаются как среднее арифметическое всех попыток. Лабораторное определение текучести

Если между результатами нет разницы, это означает, что смесь имеет максимально возможную жесткость. Если разница составляет ≤ 150 мм, то смесь считается малоподвижной. При разнице в высоте конусов ≥ 150 мм раствор определяется как максимально подвижный.

Следующий распространенный способ – исследования при помощи вискозиметра, которые проводятся на смесях с заполнителем средней зернистости (фракции 4-5 мм). Конус заполняется раствором и устанавливается на виброплиту. В смесь вставляется держатель с линейными делениями, на него крепится металлический диск с отверстиями. Одновременно с виброплитой включается хронометр и засекается отрезок времени, в течение которого бетонный раствор от вибрирования основания опустится по штативу до фиксируемой отметки. Время нужно умножить на коэффициент 0,45 – это и будет значением подвижности.

Еще один способ – исследования в специальных формах. Для таких испытаний берется стальной куб, открытый с одной стороны, в который загружают раствор бетона и устанавливают на вибрационное основание. Также засекается время заполнения раствором всех углов куба, а результат умножается на коэффициент 0,7. Итог – подвижность бетонного состава. Исследования текучести на вискозиметре

Так как подобных исследований проводится масса, их результаты приведены в определенную систему и отражены в соответствующих таблицах и сводных документах. Например, следуя данным таблицы ниже, усадка ≤ 50 мм означает, что бетон марки П-1 жесткий. При усадке конуса в пределах 50-150 мм бетон относят к малоподвижным составам, которые рекомендуется использовать для строительства фундаментов промышленных и частных строений. Более высокие марки подвижности (до П-5) обладают усадкой конуса ≥ 150 мм и используются в герметичных опалубках специализированных объектов.

Состав и подвижность раствора

Показатели подвижности обеспечивает такое вещество, как песок, а также портландцемент, вода и заполнители – щебень, известь, гравий и т.д. Но подвижность определяют пропорции добавленных компонентов и их качество, а их нарушение может привести к снижению усадки, уменьшению или увеличению деформационных характеристик и несущей способности. Таблица подвижности

Водоцементное соотношение считается главной характеристикой в определении текучести бетона, и ее нарушение в ту или иную сторону может снизить прочность конструкции в несколько раз. Оптимальным по ГОСТ считается отношение воды к цементу 0,4.

Чрезмерное добавление воды только визуально повышает текучесть раствора, который через определенный промежуток времени начинает расслаиваться, что означает нарушение структуры смеси и снижение прочности конструкции. Пропорции составляющих определяют способность бетона к удержанию жидкости, а подвижность раствора регулируется именно добавленным объемом воды. В малоподвижных растворах, которые имеют более низкую стоимость, воды добавляют меньше, поэтому их необходимо дополнительно трамбовать.