Враги высокой прочности бетона

Выбирая водоцементое соотношение, можно определить максимальную марку бетона. Однако в процессе приготовления бетона, его укладки и твердения марка может снизиться, если не предпринять соответствующие меры.

Неправильно подобранные пропорции наполнителей

Как мы уже выяснили раньше, для удешевления бетона в него кладутся наполнители. Мы также выяснили оптимальные характеристики этих наполнителей. На этапе замеса бетона нужно добиться, чтобы на выходе получился монолитный продукт. То есть чтобы все поры между камнями щебня были заполнены песком, а все поры между песчинками были заполнены цементным раствором. Кроме того, поверхность абсолютно всех камней и песчинок должна быть смочена этим раствором. Это достигается путём расчёта правильной пропорции компонентов бетонной смеси и об этом мы подробно поговорим в главе 3.

Избыток воды в смеси

Большинство застройщиков, замешивая бетон в бетономешалке, не имеют понятия о важности водоцементного соотношения и добавляют в мешалку воду на глаз с тем, чтобы полученный бетон было удобно укладывать лопатой. Понятно, что при этом говорить о каком-либо соответствии марки полученного бетона исходным планам не приходится.

С другой стороны, если Вы заранее определите водоцементное соотношение и попытаетесь замесить бетон, то Вас постигнет разочарование. Смесь получится сухой и неперемешанной, она будет прилипать к стенкам бетономешалки, а внутри останутся комки из слипшегося цемента. Но, как мы теперь знаем, добавлять больше воды нельзя, иначе не достичь заданной прочности бетона. Поэтому в раствор добавляют пластификатор.

Это специальный порошок или жидкость, который при перемешивании в растворе образует пену и упрощает смачивание поверхности щебня и песка.

В результате то, что раньше было сухими комками превращается в перемешанную готовую к укладке смесь. Пластификаторы также могут обладать некоторыми дополнительными свойствами. Например, они могут незначительно повышать прочность бетона за счёт лучшего самоуплотнения смеси, а также могут снижать температуру замерзания воды, что важно при работе весной и осенью, когда возможны заморозки.

Следует отметить, что вода в бетономешалке может появиться не только из ведра с водой. И песок, и щебень не являются абсолютно сухими, в них уже содержится какое-то количество воды. Поэтому перед началом приготовления бетона нужно определить влажность песка и щебня и соответствующим образом уменьшить количество добавляемой в раствор воды.

При приготовлении бетона высоких марок добавления пластификатора скорее всего окажется недостаточно для того, чтобы хорошо перемешать все компоненты — смесь по-прежнему будет суховатой. В таких случаях не увеличивая количество песка и щебня в смесь добавляют больше цемента и воды, соблюдая выбранное ранее водоцементное соотношение. При этом смесь получается более подвижной и лучше перемешивается.

Избыток воздуха в застывшем бетоне

Мы уже говорили ранее, что песок и щебень должны быть подобраны таким образом, чтобы в готовом бетоне не оставалось пустых пространств. Например, из-за слишком крупных камней, которые не могут втиснуться между прутками арматуры. Но гораздо больший разрушающий вклад в прочность бетона вносит воздух, оказывающийся в приготовленной смеси естественным путём. Ведь смесь многократно перемешивается и буквально насыщается воздухом.

Обычно малограмотные бетонщики укладывают получившуюся смесь в опалубку и в лучшем случае производят так называемое штыкование — куском арматуры или лопатой совершают поступательные движения вниз-вверх с целью уплотнить смесь. Но штыкование неспособно вывести сколь-нибудь значимый объём воздуха из бетона, так как смесь получается довольно густая. Если такая смесь застынет, то внутри останется множество воздушных пор. Прочность бетона снизится, как и его морозостойкость и водонепроницаемость.

Чтобы не допустить подобного развития событий, необходимо применять вибратор. На конце вибратора находится тяжёлая металлическая вибрирующуая с большой частотой и мощностью булава. Её опускают в бетон и буквально сразу же на поверхности появляется множество всплывающих из глубины пузырьков воздуха. Бетон как будто закипает на глазах.

Одновременно с этим смесь значительно уплотняется и увлажняется, что также положительно влияет на прочность бетона и упрощает разглаживание поверхности. Но в длительном вибрировании заключается опасность. Если держать булаву вибратора в одном месте слишком долго, смесь начнёт расслаиваться на фракции. Тяжёлый щебень опустится вниз, лёгкий песок всплывёт вверх. Поэтому вибрирование следует прекращать как только закончилось интенсивное образование пузырьков воздуха. Не следует ждать с работающим вибратором, пока пузырьки лопнут — они сделают это позже самостоятельно.

Вытекание цементного раствора

Некоторые конструкции, например, фундаменты, заливаются на грунт. При этом, если не предпринять дополнительных мер, жидкая фракция бетонной смеси легко впитается в грунт. Из-за этого в оставшейся смеси будет не хватать цементного раствора для того, чтобы заполнить все поры между щебнем и песком. Чтобы этого не произошло, необходимо под будущую конструкцию подкладывать гидроизоляцию или плёнку и следить за тем, чтобы во время вязки арматуры целостность этих материалов не нарушалась.

Опалубка других изделий, например, перемычек или перекрытий в местах примыкания к стенам обычно не плотно прилегает к уже готовым конструкциям. В образовавшиеся щели точно также утечёт цементно-песчаный раствор, а в нижней части бетонной конструкции останутся одни камни.

Поэтому щели следует прокладывать сжимаемым материалом или заделывать монтажной пеной.

Неправильный уход во время набора прочности

Как только бетонная смесь уложена в опалубку, начинается процесс гидратации и кристаллизации. Как уже известно, часть воды соединится с цементом. Другая же будет постепенно испаряться через открытые воздуху поверхности. В жаркую погоду или при сильном ветре процесс испарения будет идти значительно быстрее процесса гидратации. Вода, которая нужна цементу для превращения в камень испраится раньше, чем успеет вступить в реакцию. Часть цемента так и останется порошком, то есть прочность изделия очень сильно пострадает.

Чтобы этого не произошло, открытую поверхность бетонных конструкций необходимо увлажнять в течение нескольких дней после заливки. Стремиться нужно к тому, чтобы даже верхние миллиметры бетона не пересыхали. Этого можно добиться, поливая бетон водой.

Важно определить момент начала увлажнения. Если начать слишком рано, пока бетон ещё не достаточно схватился, лишняя вода частично растворится в верхней массе бетона. Повысится водоцементное соотношение, следовательно снизится прочность. Если же начать слишком поздно, то помимо возможного пересыхания могут образовываться усадочные трещины, которые также негативно, хоть и некритично, сказываются на прочности изделия. Поэтому можно рекомендовать полив водой сразу после того, как бетон схватится, а верхняя его поверхность будет готова вот-вот полностью высохнуть.

Не всегда возможно стоять над уложенным бетоном и ловить нужный момент для начала увлажнения. В таком случае лучше будет плотно накрыть бетон плёнкой таким образом, чтобы ветер не задувал под плёнку.

Испаряющаяся влага будет конденсироваться на внутренней поверхности плёнки и капать обратно на бетон.

Заморозки

Бетон набирает марочную прочность в течение 28 дней. Всё это время вода постепенно реагирует с цементом. Но если вдруг в это время температура опустится ниже нуля градусов, вода, находящаяся в теле пока ещё непрочного бетона замёрзнет. Как известно, при замерзании вода расширяется. Кристаллы льда будут пытаться разрывать бетон изнутри и значительно снизят прочность. Бетон буквально может раскрошиться сам по себе. О мерах по предотвращению замерзания бетона мы поговорим подробно в главе 4.

Преждевременное нагружение

Разумеется, если Вы попытаетесь нагрузить ещё не схватившуюся смесь, она потеряет форму — бетон ещё не обладает прочностью камня. Но и после схватывания прочность бетона обманчива. С виду он выглядит уже как камень и спустя сутки-двое после заливки (в зависимости от температуры воздуха) по нему уже можно ходить, не оставляя следов. Но это ещё не значит, что бетон готов. Он набирает прочность 28 дней, из них большую часть в течение первых 7 дней. Графики набора прочности в зависимости от температуры представлены на таблицах ниже.

Таблица 3. "График набора прочности бетоном при разной температуре в течение первых 48 часов, в % от марочной прочности на 28-ые сутки"

 

Таблица 4. "График набора прочности бетоном при разной температуре в течение первых 28 дней, в % от марочной прочности на 28-ые сутки"

 

Таким образом, если Вам понадобится нагрузить бетон ранее 28 дней, Вы должны свериться по графику — выдержит ли новый бетон Вашу нагрузку. Если нет, то в структуре бетона произойдёт необратимое разрушение части кристаллической решётки и прочность будет потеряна безвозвратно.

Пример: Средняя температура воздуха во время заливки перекрытия бетоном марки М300 была 5 градусов и сохранялась такой же на протяжении следующих дней. Необходимо определить, когда можно начинать ходить по бетону, не нарушая процесс твердения человеку весом 100 кг со ступнями 42-го размера. Площадь одной ступни в обуви 42-го размера равна 0,0235 м². Давление, следовательно, равно 100 х 9,81 / 0,0235 = 42000 Па или 0,042 мПа или 0,42 кгс/см2. Предел прочности на сжатие бетона марки М300 в возрасте 28 дней = 300 кгс/см2. Значит, для ходьбы по бетону необходимо достичь 0,42 / 300 = 0,14%. Это значение достигается ещё до момента полного затвердевания бетона при любой температуре, следовательно, ходить по перекрытию можно сразу после схватывания.

Впрочем, ситуации, когда нагружение бетона представляет собой серьёзное препятствие для темпа стройки весьма редки. Прежде всего, нельзя долгое время нагружать перекрытия. Все остальные конструкции допустимо нагружать практически на 2-3 день. Возьмём, к примеру, фундамент. Проектировщик определяет марку бетона так, чтобы фундамент был способен нести весь вес дома, да ешё эксплуатационную и снеговую нагрузку. Но ведь на третий день у Вас не появится весь дом сразу. В лучше случае Вы уложите пару рядов блоков, кирпичей или бруса. А их нагрузка минимальна и допустима для неокрепшего бетона. Как правило, скорость возведения стен и, соответственно, рост их веса отстают от скорости набора прочности бетоном.

Пример: Был залит ленточный фундамент шириной 300 мм бетоном марки М200. Средняя температура держится на уровне +10 градусов. Следующий этап стройки — укладка газобетонных блоков плотностью D400 высотой 250 мм и шириной 400 мм, недавно привезённых с завода. Определить, на какие сутки после заливки фундамента можно приступать к кладке стен.

Плотность блоков в сухом состоянии — 400 кг/м³, но во влажном состоянии при поступлении с завода блоки тяжелее на 60%. Площадь опоры 1 погонного метра стены равна 0,3 м². Вес 1 погонного метра стены равен 1 х 0,4 х 0,25 х 400 х 1,6 = 64 кг. Следовательно, давление, оказываемое одним погонным метром одного ряда стены равно 64 х 9,81 / 0,3 = 2093 Па или 0,02 кгс/см², что составляет 0,01% от прочности в 200 кгс/см² (прочности бетона на 28-ые сутки). Следовательно, блоки можно укладывать на фундамент сразу же после схватывания.

И уж тем большим атавизмом выглядит до сих пор широко распространённое мнение о том, что фундамент должен отстоять зиму или даже год! Это совершенно неверное утверждение с точки зрения прочности конструкции. А если рассматривать сооружение в целом, то для некоторых фундаментов (неутеплённых плит и мелкозаглублённых лент) зимовка наоборот может иметь катастрофические последствия.

Старый или небрежно хранящийся цемент

В отличие от песка и щебня цемент имеет срок годности, причём довольно небольшой — около полугода. После этого заявленная марка цемента снижается. Это означает, что для достижения такой же прочности бетона потребуется снизить количество воды в смеси, что не всегда возможно.

Разумеется, цемент нужно хранить в сухом проветриваемом месте, чтобы на него не попадали осадки, и чтобы по утрам и вечерам на мешки не выпадала роса. Идеально было бы заказывать мешки с цементом за несколько дней до использования. Или заворачивать их в дополнительную полиэтиленовую упаковку, препятствующую увлажнению и началу гидратации.

Лишние включения в тело бетона

Прежде всего речь идёт о глине, которая может содержаться в песке и щебне. Увлажнённая глина очень сильно расширяется при замерзании и способна разрушить бетон изнутри. Поэтому песок нужно покупать мытый. В идеале и щебень нужно промывать перед использованием, но это слишком трудоёмко. Достаточно смотреть, чтобы в бетономешалку не попадались комки земли и глины.

Вода для затворения смеси должна быть чистой и прозрачной. Мутная вода, скорее всего, содержит глинистые частицы. Также вода может содержать органические примеси, влияние которых на прочность бетона также негативное. Вынимайте из воды все опавшие листья, траву, насекомых и тому подобное.

Кроме лишних примесей, которые могут попасть в бетон вместе с материалами при затворении смеси, иногда в бетон сознательно укладываются дополнительные включения, что может быть опасно.

Например, существует способ крепления нижней части опалубки ленточных фундаментов, когда под деревянными щитами прокладывается связывающий их брусок. После снятия опалубки брусок так и остаётся в теле бетона. Как только фундамент увлажняется (просле обратной засыпки), брусок намокнет и разбухнет, что вполне может привести к трещинооборазованию. Вспомните, как древние египтяне добывали камни для своих пирамид. Они вкладывали деревянные клинышки в трещину в камнях и увлажняли клинышки водой. Клинышки набухали и откалывали огромные массы камня.

Исходя из вышеизложенного, на стройке должен существовать полный запрет на включение древесины в бетон. В том числе не допускаются деревянные подставки под арматуру.