Проектирования сооружений и дорожных покрытий общего, специального назначения подразумевает выбор строительных материалов с оптимальными свойствами. Техническая документация проектов содержит требования к составу с указанием значений основных характеристик: прочность на сжатие, изгиб, растяжение; морозостойкость; водонепроницаемость; истираемость; теплопроводность. Величины показателей зависят от компонентов раствора, уплотненности готового изделия.
Что такое плотность бетона?
Величина массы вещества в объеме 1 м3 – показатель плотности (кг/м3), не путать с удельным весом бетона (кгс/м3 = Н/м3). Бетон – формованный искусственный камень, применяемый в гражданском, промышленном, дорожном строительстве, мебельном производстве (столешницы).
Состав
Плотность зависит от рецептуры и процессов, происходящих при смешивании ингредиентов:
- Вяжущее – цемент, гипс, известь, полимеры, другие. «Склеивает» зерна, компонент определяет количество воды, необходимое для его максимально полноценного растворения.
- Заполнители – песок, керамзит, щебень, вспененные гранулы пенополистирола, металлическая стружка, занимают до 85% объема.
- Модифицирующие добавки – органические или неорганические вещества, улучшающие свойства материала, изменяющие скорость застывания.
- Вода.
- Пигменты – соли, оксиды металлов, органические красители, придающие декоративные качества.
Процессы, проходящие при смешивании компонентов бетонной смеси:
Влияние состава на характеристику
Плотность зависит от таких факторов:
1. При застывании бетона происходят химические реакции, испарение воды, изменяется масса 1 м3. Особое значение имеет соотношение вода/цемент (В/Ц). Жидкость, не вступившая во взаимодействие с вяжущим, оставляет в массиве полости. После испарения воды образуется пористая структура, влияющая на качество материала. Повышение содержания воды ускоряет затвердение, но снижает плотность, прочность.
2. Размер частиц вяжущего – оказывает влияние на скорость процессов при взаимодействии с водой. Чем мельче зерно, тем продуктивнее химическая реакция. Минимизация размеров обеспечивает уменьшение водопотребности, снижение В/Ц и увеличение плотности.
3. Плотность заполнителя – увеличивает массу 1 куба. Например, сталебетон, получаемый на металлической стружке.
4. Размер зерна – влияет на пустотность. В смеси на щебне добавляют песок и керамзит. Пустоты между крупными зернами замещают компонентами мелкой фракции, увеличивая плотность.
5. Модифицирующие добавки – могут регулировать образование воздушных пор, уменьшать показатель В/Ц за счет пластификация состава.
6. Уплотнение раствора – исключение образования воздушных пустот. Способы:
Классификация бетонов по плотности
Рецептура приготовления раствора рассчитывается с целью получения материала с заданными характеристиками. Классификация, согласно ГОСТ, по значению средней плотности (кг/м3) в сухом состоянии (D):
Особо легкие бетоны – ячеистые, теплоизоляционные (D200-D500) и конструкционно-теплоизоляционные (D500-D800). Величина пор достигает 1,5 мм. Невесомый заполнитель связывается цементным, гипсовым, известковым, шлаковым, смолосодержащим вяжущим.
Таблица зависимости прочности от средней плотности:
| Марка, кг/м3 | Класс, марка прочности на сжатие | |||
| Керамзит-, шунгизитобетон | На стекловидном заполнителе | Перлитобетон | Вермикулитобетон
| |
| D200 | М3~М5 | М3~М5 | Х | М3~М5 |
| D300 | М5~М10 | |||
| D400 | М5~М15 | М10~М15 | ||
| D500 | М10~М25 | М10-М15 | М10~М25 | |
| D600 | В1~В2.5 | В0.75~В3.5 | В2.0; В2.5 | Х |
| D700 | В1.5~В3.5 | В1~В5 | В2.5; В3.5 | Х |
Чем выше плотность, тем больше значение прочности.
Таблица соответствия марки и класса прочности:
| Класс, МПа | В7.5 | В10 | В12.5 | В15 | В22.5 | В25 | В30 | В35 |
| Марка, кгс/см2 | М100 | М150 | М150 | М200 | М300 | М350 | М400 | М450 |
Таблица взаимосвязи теплопроводности и плотности бетона:
| Марка | Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии | |||
| Керамзит-, шунгизитобетон | На стекловидном заполнителе | Перлитобетон | Вермикулитобетон
| |
| D200 | 0.09~0.1 | 0.09 | Х | Х |
| D300 | 0.1~0.11 | 0.1 | Х | 0.08 |
| D400 | 0.11~0.12 | 0.11 | Х | 0.09 |
| D500 | 0.12~0.14 | 0.12 | Х | 0.11 |
| D600 | 0.13~0.16 | 0.13 | 0.12 | 0.14 |
| D700 | 0.15~0.19 | 0.15 | 0.14 | 0.16 |
С возрастанием плотности увеличивается теплопроводность, ухудшаются теплоизоляционные свойства.
Легкие – конструкционные бетоны средней плотности D1100~D2000 и тепло-конструкционные (D500- D1600). Применение: наружные стены, плиты ребристые и пустотные, лифтовые шахты.
Таблица зависимости прочности на сжатие и плотности:
| Марка, кг/м3 | Класс прочности на сжатие | |||
| Керамзито-, шунгизитобетон | На щебне | Перлитобетон | ||
| Тепло-конструкционные | D500~1000 | В0.75~3.5 | Х | В2~10 |
| D1100~1600 | М100 | Х | В5-10 | |
| Конструкционные | D1100~1500 | В12.5~30 | В2.5~10 | В12.5~15 |
| D1600~1700 | В15~40 | В12.5~25 | В15 | |
| D1800 | В20~40 | В20~30 | Х | |
| D1900~D2000 | В25~40 | В22.5~40 | Х | |
Легкие бетоны созданы для уменьшения массы несущих конструкций, используются для ограждающих элементов.
Тяжелые – применяемые для монолитно-каркасной технологии строительства, в качестве покрытия дорог, при возведении гидротехнических сооружений. Заполнитель – щебень, горные породы.
Таблица с характеристиками плотности тяжелого бетона «цемент-песок-вода»:
| Класс прочности /марка | Плотность раствора, кг/см3 | Удобо-уклады-ваемость | Морозо-устойчи-вость | Водо-непрони-цаемость | Рецептура (в кг) для V= 1м3 | |||
| Песок | Цемент | Вода | Щебень | |||||
| В15/М200 | 2400 | П2 | 200 | 6 | 900 | 260 | 155 | 1080 |
| В20/М250 | 2405 | П2 | 200 | 6 | 865 | 300 | 155 | 1080 |
| В22.5/М300 | 2415 | П2 | 300 | 8 | 835 | 340 | 155 | 1080 |
| В25/М350 | 2420 | П2 | 300 | 8 | 800 | 380 | 155 | 1080 |
| В30/М400 | 2430 | П2 | 300 | 10 | 770 | 420 | 155 | 1080 |
Особо тяжелые – материалы высокой плотности, достигаемой с помощью заполнителя из металлической стружки, чугунной дроби, магнетита, барита. Вяжущее – портландцементы, гипсоглиноземистые смеси. Применение – для сооружений специального назначения, требующих защиты от излучений, воздействия электромагнитных волн. Использование улучшенных компонентов, добавок, технологий позволит получать более качественные, экономически выгодные бетоны, к примеру, порошково-реакционные.
