Как подобрать состав бетонной смеси?

Основные составляющие бетона: цемент, вода и заполнители разной крупности. Гравий и песок, которые используются в бетоне, должны быть максимально чистыми, так как загрязнения в несколько раз снижают его прочность. Если есть в том необходимость, материал хорошо промывают перед использованием. Необходимая  прочность будет зависеть непосредственно от марки  цемента. Вода тоже должна быть максимально возможно чистой. Следует отметить, что бетонная масса может быть различной густоты-консистенции. Пластичная, характерна густой консистенцией, подвижностью, и нуждается в меньшем уплотнении, жёсткая – отличается особой влажностью (нуждается в сильном уплотнении), литая – весьма подвижная масса, которая самостоятельно заполняет форму. Бетонная консистенция будет зависеть напрямую от воды: если влаги много – снижается прочность бетона и сам материал начинает расслаиваться. Если одновременно добавлять цемент и воду, в одинаковых соотношениях, то прочность бетона останется неизменной. Чем сильнее трамбовка массы и её густота – тем выше прочность приготавливаемого раствора (бетона), и наоборот. Часто в бетонную массу часто кладут железную арматуру, тогда получается уже материал под названием — железобетон. Он отличается высокой прочностью и характеризуется особенной устойчивостью к механическим повреждениям.

Процесс приготовления и укладки густой массы с осадкой конуса в 2-6 сантиметров – самый выгодный вариант. Но укладка должна быть проведена только в особо крупных конструкциях, с относительно редким расположением арматуры. Чем тоньше сама конструкция, и чем чаще в ней расположена арматура, тем пластичней должна быть бетонная масса. В предусматриваемых нормах осадка конуса для различной консистенции бетонной массы, следующая: подготовка под полы и фундамент – 2-3 см, различные массивные конструкции без употребления арматуры (к примеру, стены, фундамент) – 3-6 см; обыкновенные железобетонные конструкции (плиты, балки, колонны) со средней плотностью арматуры – 8-12 см; балки с малым сечением, тонкие стены, колонны, а также конструкции, оснащенные густой арматурой — до 12-14 см.

Консистенция бетонной массы измеряется с помощью  металлического конуса с бесшовной гладкой внутренней поверхностью. Высота конуса — 30 см, а ширина в своём нижнем основании – 20 см, верхнее основание – 10 см. По бокам конуса расположены две ручки, внизу — для упора две скобы (или лапки), на которые нужно встать ногами. Конус при этом прижимается к смоченной водой площадке (лист стали, фанера или же широкая доска), его наполняют сверху в три слоя (каждый – не более 10 см) бетонной массой. Эти слои в обязательном порядке необходимо проткнуть 25 раз штыком (круглым стальным стержнем). Такое уплотнение именуют просто штыкованием. Затем конус за ручки медленно вертикально поднимается. Бетонная масса начнет медленно оседать, постепенно изменяя свою форму. Как только она прекратит осадку, рядом с ней ставят конус, горизонтально располагая на его верхнем основании рейку. Осталось только замерить линейкой расстояние между верхней точкой осевшей массы и рейкой. Чем жиже консистенция, тем больше она со временем оседает, и наоборот.

Осадка бетонной массы характеризуется такими параметрами: пластичная – от 6 до 14, жёсткая – от 0 до 2 см, литая – от 17 до 22 см. В случае, если бетонная масса расслаивается и выделяет воду – значит, раствор был приготовлен неправильно. Подборка заполнителей должна проходить по особым правилам: смешивают гравий, песок и щебень с зёрнами различной крупности. В таком случае можно будет избежать возникновения пустот между зёрнами. По общим данным, объём пустот в гравии не должен быть больше 45%, в песке – не больше 37%, а  в щебне – не больше 50%. В итоге, чем меньше пустот в щебне и гравии (крупный заполнитель) тем меньше  песка необходимо брать. Соответственно уменьшается и расход цемента. Пустотность в заполнителе проверяют специфическим способом: подготовленную смесь гравия, песка и щебня (или отдельно каждый элемент) нужно насыпать в 10-литровую ёмкость (ведро). Сравнять с краями и без уплотнения влить туда тонкой струйкой воду. По объему влитой воды и определяется уровень пустотности: если влито 5 литров – пустотность будет, следовательно, равняться 50%. Состав заполнителя необходимо подбирать, применяя стандартные сита. Щебень и  гравий просеивают через сито с ячейками, в диаметре  5, 10, 20, 40, 80 мм; песок — 5; 2,5; 0,5; 0,3 и 0,15. Зёрна, которые остаются после просеивания на сите принято называть по строительной терминологии – фракциями заполнителя.

Рассмотрим способы подбора заполнителя (их два):

• Самая высокая крупность заполнителя равняется 40 мм. Просеивая щебень или гравий через сито с аналогичными ячейками (40 мм) получаем остаток заполнителя на сите, который  принято именовать – верхний остаток. Прошедшее сквозь сито 40 мм просеивают через сито в 20 мм, оставшееся на сите называется — первая фракция с зёрнами размером от 21 до 40 м. Прошедшее через сито в 20 мм и оставшееся на сите в 10 мм – вторая фракция с зёрнами от 11 до 20 мм. Аналогичная ситуация и с ситом в 5 мм – то, что осталось от предыдущей фракции просеивают, и  получается фракция завершающая с зёрнами от 6 до 10 мм. Все, что прошло сквозь 5 мм сито носит название – нижний остаток. Чтобы приготовить крупнозернистую смесь используют 1, 2 и 3 фракции по 30 % и верхний и нижний остаток по 5 %. При необходимости верхний остаток заменяют первой фракцией, также 5 %. Можно приготовить крупнозернистую смесь и иначе, взяв две фракции: 1-ю – 50–65 % и 3-ю – 50–35 %. Возможно составление такой смеси и из равных частей трех фракций.
• 20 мм – основная крупность заполнителя. Её просеивают через сито в 20 мм, а то, что уже прошло через него – ситом в 10 мм. В итоге получается первая фракция с крупными зёрнами от 11 до 20 мм. Первая фракция просеивается через сито в 5 мм (получая вторую фракцию с крупными зёрнами от 6 до 10 мм). То, что проходило через сито в 5 мм просеивается затем через самое маленькое сито в 3 мм (это – третья фракция (зерно от 4 до 5 мм).  Первая  фракция песка получается при просеивании его через сито в 2,5 мм. Вторая фракция, при просеивании через сито в 0,3 мм. Чтобы приготовить песчаную смесь нужно взять от 20 до 50% от первой фракции и от 50 до 80% второй фракции.

При  подборке зернового состава  щебня (или гравия) и песка необходимо отмерить нужное количество заполнителя разных фракций и очень тщательно перемешать всё между собой. Все зёрна должны равномерно распределиться по общей массе. Для наилучшего проникновения заполнителя в узкие части конструкции, размер крупного зерна должен быть не более 1/4 – 1/5 меньшего размера заполняемой детали. При заполнении тонкой плиты, размер зерна заполнителя может доходить до половины толщины плиты. Густая арматура требует крупности зерен не больше 40 мм или даже 20 мм, из расчета того, что калибр зерна не должен превосходить ¾ расстояния между арматурными прутьями.

Цемент подбирается той марки, которая превышала бы выбранную марку бетона в несколько раз (при использовании портландцемента – в 2-х кратном размере, для иных цементов – в 3-х кратном). К примеру, для бетона  марки 160 кгс/см2 необходимо использовать  цемент с маркой не менее – 400 кгс/см2. Избыточность цементного содержания в бетоне приводит к перерасходу  бетона, а также  уменьшает его плотность, морозостойкость и водонепроницаемость в несколько раз, приводит к повреждению коррозией  уложенной в него арматуры. В процессе приготовления бетонной массы объем смеси сильно уменьшается. Так из 1 квадратного метра смеси получают 0,59–0,71 куб.м. массы бетона. Следовательно, для компенсации такой усадки следует брать больше сухих компонентов. К примеру, бетон одного состава может быть сделан из 250 кг цемента (0,193 м3 ), 0,445 куб.м. песка, 0,870 куб.м. гравия и 178 литров воды; бетон другого – из 260 кг цемента (0,198 м3 ), 0,395 куб.м песка, 0,880 куб.м гравия и 185 литров воды. Третий состав может быть получен с использованием 265 кг цемента (0,204 м3), 0,445 куб.м песка, 0,880  куб.м гравия и 189 литров воды.

Таблица 1. Состав бетонов

Таким образом (см. таблицу 2),  с помощью правильной подборки зернового состава заполнителя можно с лёгкостью получить бетон одной марки, но с различными показателями цемента. Количество воды нужно подбирать в зависимости от того, какая именно требуется консистенция бетонной массы.

Крупные заполнители отмеривают по объему и перемешивают. Также отмеривают и  нужное количество соответствующего песка, который затем рассыпают ровным слоем на деревянный щит (боек). Сверху высыпают цемент, затем тщательно перемешивают массу до однородного состояния. Полученную смесь соединяют с щебнем (или гравием), перемешивая вначале в сухом виде, а затем уже постепенно добавляя отмеренную воду, многократно перелопачивая до однородного состава и густоты. Полученную бетонную массу тут же используют (в течение часа с момента добавления воды).

Таблица 2. Ориентировочные составы бетонов на гравии в объемных частях

Примечание: На первом месте цемент, на втором-песок, на третьем-гравий или щебень.