Бетон: что нужно знать о материале?
В строительстве бетон является наиболее распространенным материалом, без которого невозможно возведение никакого здания. Связано это с его высокими характеристиками и в первую очередь прочностью. Основными компонентами бетона являются цемент и песок. Кроме того, для улучшения параметров здесь еще присутствуют добавки. О процессе изготовления и свойствах бетона мы рассказывали здесь.
Марки бетона
Весь производимый бетон разделяется на марки, которые обозначаются буквой «М», а после нее ставятся цифры, указывающие степень прочности материала. Все марки имеют свои характеристики, которые зафиксированы в ГОСТе.
Основной составляющей бетона является цемент, качество которого напрямую влияет на прочность застывшей смеси. Во время его использования важно следить за сроком изготовления, поскольку при длительном хранении он утрачивает свои свойства.
М100
Такая марка бетона относится к недорогому материалу. Связано это с тем, что она обладает недостаточно высокими параметрами прочности. В результате ее использование возможно только при выполнении неответственных работ. Основная причина лежит в низком процентном содержании цемента.
Бетон М100 имеет следующие технические характеристики:
- Прочность. Изготовленный монолитный материал выдерживает максимальную нагрузку 0,098т/см2, что соответствует невысокой прочности застывшего раствора.
- Плотность. Данная величина равняется 2,37 т/м3-2,4 т/м3. Она может меняться с учетом присутствующих добавок.
- Морозостойкость. Данный показатель составляет F50-F100. Эти цифры указывают на способность марки выдерживать от 50 до 100 циклов замораживаний и оттаиваний. В дальнейшем на бетоне появятся трещины.
- Подвижность. Она выражается показателем П2-П4. Это достаточно высокая характеристика, указывающая на хорошую эластичность и текучесть бетона.
- Водонепроницаемость. Ее показатели равны W2-W4. Данная величина приемлема для создания качественного барьера от проникновения влаги.
- Жесткость. Она равняется Ж2-Ж4. Это позволяет застывшему материалу хорошо сохранять форму.
Каждый параметр может принимать определенное значение в пределах обозначенных границ с учетом используемых добавок.
Положительные стороны марки М100 выражаются в следующем:
- Низкая цена бетона, что отражается на уменьшении себестоимости строительных работ.
- Застывший раствор в течение длительного времени сохраняет свои характеристики.
- Монолит хорошо противостоит влажности.
Если обратить внимание на минусы, то с течением времени на материале могут формироваться трещины, поэтому он не применяется при возведении ответственных конструкций. При этом бетон марки 100 является распространенным материалом, и при его заказе никогда не возникает проблем.
М250
Выпускаемый бетон М250 не является распространенным строительным материалом. При этом он имеет достаточно высокие эксплуатационные характеристики, и его использование дает возможность выполнять сложные задачи. Такая марка обладает следующими техническими характеристиками:
- Водонепроницаемость. Данная величина равняется W2-W6. Она считается средней по устойчивости и колеблется в зависимости от присутствующих добавок.
- Морозоустойчивость. На этот показатель влияет качество используемого щебня. Он бывает F100, F150, F200.
- Плотность. Она составляет 2300 кг/м3. В зависимости от используемого наполнителя, эта цифра может иметь незначительные отклонения.
- Скорость затвердевания. Здесь имеется в виду текучесть раствора, которая составляет пределы П1-П5.
- Прочность. Бетон способен выдерживает давление 20 МПа.
Все параметры бетона М250 отражены в нормативных документах.
Бетон марки М250 имеет хорошие качественные характеристики, и это дает возможность применять его в следующих сферах:
- формирование фундаментов для небольших и многоэтажных зданий;
- создание перекрытий в домах;
- покрытие дорожек, площадок и отмосток;
- изготовление опор при изготовлении железобетонных конструкций.
Относительно заливки бетонных перекрытий можно прочитать информацию, изложенную здесь.
М300
Данная марка имеет хорошие показатели и невысокую стоимость, поэтому чаще всего применяется при строительных работах. Выпускаемый бетон обладает следующими свойствами:
- Морозостойкость. Это величина равняется F150-F200. Такое количество заморозок и оттаиваний до появления трещин может выдерживать материал.
- Водонепроницаемость. Показатель составляет W5-W8. Данный параметр можно повысить путем добавления специальных компонентов.
- Подвижность. Здесь имеется в виду текучесть бетона, составляющая П1-П5. Такие характеристики позволяют вести раствором заливку фундамента.
При изготовлении бетона все его параметры контролируются ГОСТом. Бетон М300 используются для постройки загородных домов и коттеджей. Такой раствор заливается при формировании стеновых блоков, различных перекрытий, перегородок и тротуарных бордюров. Также он нашел применение для заливки стяжки пола.
М400
Марка М400 относится к элитным растворам, поэтому применяется для изготовления ответственных изделий. Это отражается в особой прочности застывшей смеси. Бетон М400 обладает следующими характеристиками:
- Предельные нагрузки, которые может выдерживать данный материал, характеризуются показателем В30.
- Морозостойкость. Эта величина равна F100-F300.
- Водонепроницаемость. Составляет W6-W12. При этом материал способен выдерживать давление воды 0,6-1,2 Мпа.
- Плотность. Данный показатель равен 2400 кг/м³, что указывает на высокую долговечность и износостойкость материала.
- Подвижность. Текучесть раствора составляет П3-П5. В результате при его кладке не появляются трещины. Растворы часто применяются для заливки ответственных фундаментов.
Бетон М400 активно используется при монтаже автомобильных трасс и укладке железных дорог. Материал характеризуется надежностью и длительным сроком эксплуатации. При этом его цена достаточно высокая. Однако с учетом параметров, которые не может обеспечить никакая другая смесь, приобретение материала повышенной стоимости себя окупает.
Изготовление раствора
Основным компонентом в любой марке раствора является цемент. В зависимости от его качественных характеристик, формируется нужная прочность застывшего раствора. Если срок хранения составляет месяц, то свойства ухудшаются на 10%. После полугода все параметры понижают в 2 раза. Годичное хранение делает продукцию недопустимой к применению.
При хранении цемента следует обеспечить сухость в помещении, поскольку он хорошо притягивает сырость. Даже небольшое количество влаги приводит к его схватыванию и образованию монолита.
Второй обязательной составляющей раствора является песок, и лучше всего, чтобы он был крупнозернистым. Такой размер фракции часто присутствует в речном варианте. Преимуществом его использования является отсутствие в нем вредных примесей. При этом допускается применение и мелкого речного песка, но с обязательным проведением очистки от ила и глины. Присутствие всех нежелательных примесей уменьшает адгезию между компонентами бетона. Также в качестве замены песку может быть использован шлак.
Наполнители и добавки
Кроме цемента и песка в бетоне присутствует наполнитель. В этом качестве тут выступает щебень. Его фракции имеют шероховатую форму и размер от 5 до 35 мм. Присутствующий щебень может быть следующих видов:
- Гравий. Данный материал отличается универсальностью, поскольку может быть использован при заливке бетоном внешних и внутренних конструкций.
- Гранит. Отличается высокой морозостойкостью и малой степенью влагопоглощения.
- Известняк. Такой наполнитель имеет невысокую прочность, поэтому используется только при проведении внутренних работ.
Чтобы улучшить качественные характеристики бетона, в него замешиваются еще следующие виды добавок:
- Пластификаторы. За счет их присутствия улучшается качество бетона без увеличения процентного содержания цемента. У застывшей смеси повышается морозостойкость, пластичность и вязкость.
- Армирующие волокна. В их основе лежат полипропиленовые или поливинилхлоридные вещества. Такие компоненты уменьшают формирование в бетоне трещин.
- Мыльный раствор. Повышает пластичность бетона.
- Клей ПВА. Усиливает прочность состава.
- Измельченное стекло. Кроме повышения прочности стекло улучшает гидроизоляционные свойства продукции.
- Поваренная соль. Присутствие такой добавки дает возможность работать с раствором в условиях отрицательных температур.
Кроме того, существуют еще пигментные добавки, которые формируют цвет застывшему раствору. Всю необходимую информацию о добавках в бетоне можно получить здесь.
Замес бетона
При формировании раствора компоненты смешиваются в определенных пропорциях. Обычно гравий песок и цемент берутся в следующем составе: 4:2:1. При этом количество добавок закладывается с учетом необходимости выполнения конкретных условий.
Количество воды заливается в зависимости от влажности каждого из компонентов, поэтому здесь точного расчета не существует. Обычно за основу принимаются усредненные данные. Сначала ее литраж берется в 2 раза меньше объема положенного цемента, а затем жидкость добавляется по мере необходимости. При этом следует понимать, что жидкий раствор после затвердевания может растрескаться, а недостаток влаги уменьшает пластичность бетона. В случае, когда требуется увеличенная прочность монолита, объем щебня повышается до 5 частей.
Процедура замеса раствора ведется в бетономешалке. Такая работа совершается в следующем порядке:
- В бетономешалку заливается небольшое количество воды. Она должна присутствовать в минимальном объеме.
- Засыпаются в нужных пропорциях цемент и песок.
- Все компоненты перемешиваются в течение 5 минут.
- Добавляются оставшиеся составляющие, и смесь перемешивается еще 10 минут. В случае необходимости постепенно добавляется понемногу жидкость.
Замешанный раствор изымается из бетономешалки и помещается на подготовленную площадку.
Набор бетоном прочности
Прочность относится к основной характеристике бетона. Она нарастает по мере затвердевания раствора. Даже после формирования монолита этот параметр продолжает усиливаться.
Процесс набора прочности является результатом химической реакции, которая происходит при контакте цемента с водой. Такое взаимодействие носит название гидратация. В течение непродолжительного времени состав твердеет и каменеет. Происходит это в два этапа:
- Схватывание. Постепенно у жидкого раствора ухудшается подвижность. Особенно это быстро происходит в теплую погоду. Только с помощью специальных пластификаторов затвердевание можно замедлить.
- Затвердевание. После прохождения этапа схватывания наступает непосредственно набор бетоном прочности. Такой период активно длится не менее 3 недель. При этом его продолжительность не ограничена и может продолжаться даже несколько лет.
На затвердевание смеси оказывают влияние следующие факторы:
- Температура окружающей среды. Оптимальной температурой гидратации считается + 20⁰, когда бетон затвердевает и в течение непродолжительного времени набирает прочность. Если преобладает морозная погода, из-за замерзания воды процесс гидратации останавливается и начинается вновь только после наступления тепла.
- Уровень влажности. Такой показатель должен быть равен 80%. В таких условиях бетон очень быстро набирает прочность. Снижение этой нормы сразу же уменьшает затвердевание смеси. Причиной является быстрее испарение воды в условиях сухого климата. Это не позволяет усиливаться бетону.
- Погодные условия. Лучше всего проходит процесс гидратации в условиях прохладного климата, когда на бетон не попадают прямые солнечные лучи. В этот период отсутствует ускоренное высыхание, что сказывается на усилении прочности бетона. Также не следует вести укладку раствора при ветреной погоде, поскольку уложенный раствор быстро высыхает, что нежелательно для процесса гидратации. Хорошо делать замесы в зимнее время года, когда стоит температура несколько выше нуля градусов.
- Выдержка по времени. Если знать все исходные параметры сделанного замеса, то вычислить время его затвердевания для приобретения им максимальной прочности можно по таблице.
- Марка цемента и добавки. Чем выше марка цемента, тем быстрее происходит затвердевание бетона. Однако в любом случае этот срок должен быть не менее 3 недель. С целью ускорения такого процесса используются специальные добавки. Если работы проводятся в зимнее время, то применяются вещества, обеспечивающие тепловыделение с целью устранения возможности замерзания воды. В летний период применяются добавки другого типа, предохраняющие бетон от быстрого высыхания.
- Трамбовка бетона. С помощью вибрационных установок процесс гидратации происходит ускоренным путем.
На залитый бетон дают максимальную нагрузку только после того, когда он наберет свою требуемую точность.
Процесс затвердевания бетона можно ускорить или замедлить. Делается это следующими способами:
- Умышленно понижается объем воды с целью увеличения у бетона жесткости. При этом существенно усложняется последующая процедура трамбовки.
- Подача горячего пара. Процесс является достаточно эффективным, потому что при его проведении бетон не пересыхает. Однако в случае его применения значительно увеличиваются затраты.
- Использование ускорителей. Такие вещества существенно ускоряют затвердевание бетона, но конечная прочность получается недостаточно высокой.
- В морозную погоду прогрев бетона допускается вести инфракрасными лучами или с помощью укладки светоотражающих полотен.
Ускорить процесс затвердевания бетона можно путем заливки его в опалубку. Ускорение происходит за счет того, что раствор находится в ограниченном пространстве, и у него отсутствует подвижность. Доски снимаются через неделю. Обычно за этот период бетон набирает порядка 70% своей окончательной прочности.
Снижение качества бетона
Чтобы у рабочей смеси после изготовления не снижались характеристики, необходимо быстро и правильно доставить ее на объект. Делается это с помощью специализированной техники. При неправильной транспортировке свойства бетона могут ухудшиться. Причины носят следующий характер:
- Расслоение раствора. Происходит это при движении по плохим дорогам из-за сильной тряски грузовика. В результате тяжелые компоненты раствора опускаются на дно, а легкие составляющие всплывают вверх цистерны. Особенно это часто происходит в тех случаях, когда соотношение цемента и воды было не выдержано, и жидкости оказалось больше требуемой нормы.
- Схватывание смеси раньше времени. Бетон должен постоянно перемешиваться, потому что в неподвижном состоянии он схватывается уже через 50 минут. Особенно этот процесс усиливается в сильную жару.
Если при транспортировке раствора произошло его расслоение, то использование смеси запрещено.
Итого, бетон является материалом, который после замеса необходимо сразу же выработать в кратчайшие сроки. Связано это с небольшим периодом времени его застывания. Поэтому требуется правильное проведение расчетов количества замеса. В случае ошибки застывший бетон выбрасывается, что приводит к лишним расходам.
Качество XPS ТЕХНОНИКОЛЬ для строительства федеральных железных дорог подтверждено сертификатом
Качество плит XPS ТЕХНОНИКОЛЬ подтверждено сертификатом соответствия в Регистре сертификации на федеральном железнодорожном транспорте. Это означает, что продукция XPS ТЕХНОНИКОЛЬ отвечает жестким требованиям, предъявляемым к материалам при строительстве железных дорог.
Согласно стратегии развития железнодорожного транспорта общая протяженность новых железнодорожных линий к 2030 году должна вырасти на более чем 20 000 км.
Строительство железнодорожного полотна — трудоемкий процесс, который осложняется с учетом особенностей российского климата. В подавляющем большинстве регионов России грунты подвержены воздействию сил морозного пучения. При минусовой температуре вода в грунте превращается в лед, расширяясь, он деформирует железнодорожное полотно. Весной, когда лед тает, земельная насыпь, напротив, оседает. Циклы замораживания/оттаивания негативно сказываются на качестве, сроке эксплуатации, а главное — на безопасности железнодорожного полотна. Второй задачей является строительство дорог в условиях распространения многолетнемерзлых грунтов, а это более 65% территории России.
«Применение теплоизоляции из экструзионного пенополистирола (XPS) является прогрессивным методом, направленным на снижение сил морозного пучения, а также на сохранение мерзлых грунтов в проектном состоянии, — комментирует Михайлиди Дмитрий, директор по развитию «Полимерная изоляция» ТЕХНОНИКОЛЬ. — Теплоизоляционный слой не только продлевает срок службы железной дороги, но и обеспечивает сохранность и безопасность полотна».
XPS ТЕХНОНИКОЛЬ обладает низким коэффициентом теплопроводности, а также высокой прочностью, выдерживая экстремальные нагрузки от 450 кПа при 5 % линейной деформации, а также имеет высокую прочность при многократно приложенной динамической нагрузке не более 2% при не менее чем 2 млн. циклов, что имитирует работу материалы при воздействии от подвижного состава. Эти характеристики позволяют материалу успешно защищать железнодорожное полотно от промерзания и сохранять эксплуатационные свойства даже в условиях высоких нагрузок от железнодорожных составов.
Плиты XPS ТЕХНОНИКОЛЬ получили маркировку знаком соответствия системы добровольной сертификации на железнодорожном транспорте.
Наблюдая и контролируя
Геотехнический мониторинг имеет свою региональную специфику и все активнее проводится с использованием новых методов, технологий и оборудования. Они помогают повысить эффективность наблюдений и исследований.
Геотехнический мониторинг — комплекс работ, связанный с контролем и наблюдением за строящимися и существующими зданиями и сооружениями на предмет их безопасной эксплуатации. Он имеет свои особенности не только в зависимости от наблюдаемого объекта, но и его локации и географии региона. Современные методы и технологии позволяют проводить геотехнический мониторинг более точно и эффективно.
Все работы по устройству фундаментов и подземному строительству, возведению зданий в условиях городской застройки, поясняет д. т. н., профессор кафедры геотехники СПбГАСУ Рашид Мангушев, предполагают проведение геотехнического мониторинга с определением деформаций зданий и сооружений, попадающих в зону влияния, и регулируются нормативными документами в виде СП 22.13330, СП 305.1325800 и др. Это связано с тем, что при любых геотехнических работах возникают деформации, вызванные технологическими строительными воздействиями, например, при экскавации котлована под подземное сооружение, или от вибрационного воздействия строительной техники при устройстве их ограждений и обеспечении их устойчивости (такие деформации тоже относятся к технологическим). «Требования по проведению геотехнического мониторинга на территории Российской Федерации определяются строительным сводом правил, по своей сути являются едиными, но существуют региональные особенности, которые диктуются грунтовыми условиями и наличием геологических процессов», — добавляет эксперт.
По словам главного инженера ООО «Технотест» Александра Харитонова, в общем случае геотехнический мониторинг должен включать в себя систему наблюдений за объектом нового строительства, за окружающей застройкой и надземными конструкциями существующих инженерных коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства, ограждающими конструкциями строительного котлована, а также за массивом грунта, прилегающим к подземной части объекта.
«Так как наша компания занимается усилением фундаментов, — рассказывает генеральный директор ООО "Оптимум Прайс" Данил Кругов, — то геомониторинг мы используем практически постоянно. Чаще самостоятельно в рамках проведения локальных работ. Применяем лазерные нивелиры и систему связи по рации, когда один или два сотрудника контролируют реперные точки снаружи здания, а прочие заняты внутри процессом нагнетания составов под основания здания. Добавлю, что нам в этом плане легче, чем коллегам, закачивающим полиуретаны. Составы для усиления грунтов марки "ФОРС", которые мы используем, не обладают способностью бесконтрольного расширения, и сотрудник, занятый процессом геомониторинга, может очень быстро остановить процесс подъема основания, скомандовав отпустить гашетку насоса.
Такую простую, но эффективную систему геомониторинга мы применяли при работах как по усилению бомбоубежища Петропавловской крепости, так и при усилении частного жилого дома в Волгограде».
Своя специфика
Со значимостью особенностей географической и региональной специфики согласны и отраслевые специалисты. Как отмечает руководитель геодезической службы ООО «ГЕОИЗОЛ» Денис Новиков, «Санкт-Петербург и Москва — это, в первую очередь, освоение подземного пространства и котлованы. Здесь необходимы инструментальные наблюдения за соседними домами, в которых живут люди. В гористой и холмистой местности, например, в Сочи, где сильно влияние склоновых процессов, необходимы маршрутные наблюдения и оконтуривание оползней. В условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты — это наблюдения за температурными характеристиками грунта. Геотехнический мониторинг выполняется на основании сводов правил и ГОСТов. Но ГОСТы разрабатываются в основном специалистами из Москвы. При этом грунтовые условия в Санкт-Петербурге очень сильно отличаются от условий столицы, яркий тому пример — заглубление станций метрополитена. Специалистами определено, что историческая часть нашего города имеет осадку даже без какого-либо воздействия. А свод правил или нормативная литература дают возможность оказывать влияние на окружающую застройку не более 5 мм за весь период строительства. То есть строить или реконструировать в условиях Санкт-Петербурга, вблизи памятников архитектуры практически нереально. Таким образом, необходимо корректировать нормы с учетом условий каждого региона нашей огромной страны», — считает он.
«Основной особенностью геотехнического мониторинга в Москве, — продолжает тему Александр Харитонов, — является наличие высотных строительных объектов с необходимостью устройства глубоких котлованов в условиях плотной городской застройки. Данный фактор, в свою очередь, добавляет в список работ, необходимых для проведения в рамках геотехмониторинга, такие как: измерения усилий в ограждающих конструкциях котлованов и системе их крепления (тензометры, динамометры), измерение усилий в сваях и давления под подошвой фундаментной плиты подземного сооружения (мессдозы, тензометры) и др. Добавлю, что наша компания в основном занимается геотехническим мониторингом зданий и сооружений категории КС-3, что само по себе предполагает интересную и сложную работу. В частности, на данный момент мы ведем геотехнический мониторинг таких высотных комплексов, как ЖК "Сити Бэй", ЖК "Вестердам" и ЖК iLove в Москве», — рассказывает главный инженер компании «Технотест».
Больше автоматизма
В настоящее время, отмечает Рашид Мангушев, рынок оборудования и программного обеспечения в геомониторинге главным образом сосредоточен вокруг двух важных методов: лазерное сканирование и ортофотосъемка. Во-первых, они позволяют получить пространственную картину накопившихся деформаций здания или сооружения, во-вторых, полученные материалы мы интегрируем в проектные решения с усилением фундаментов зданий или конструкций, а в-третьих, такой подход дает все основания выявлять характер неравномерных деформаций и управлять строительными процессом, снижая степень такого влияния. Интересным и перспективным также является осуществление так называемого on-line-мониторинга, при котором замеры выполняются автоматизированно, с определенным интервалом, а данные в последующем анализируются и служат для определения уровня безопасности проводимых работ.
«Наша мониторинговая группа под руководством к. т. н., доцента Ивана Дьяконова использует в своем арсенале не только ультрасовременный подход к выполнению геотехнического мониторинга, но и все традиционные способы контроля деформаций. Поскольку на кафедру геотехники в основном обращаются со сложными случаями геотехнического строительства, все объекты, за которыми мы ведем мониторинг, представляют собой значимые и уникальные сооружения. Так, в настоящее время, —добавляет Рашид Мангушев, — одним из наиболее значимых для нас является строительство здания Санкт-Петербургского спортивно-концертного комплекса — СКК, где мы выполняем работы по комплексному геотехническому мониторингу».
По мнению Дениса Новикова, самый инновационный и современный метод — это автоматизированный мониторинг. Уже достаточно давно существуют высокоточные автоматические тахеометры и сканеры для определения осадок, смещений и кренов зданий, автоматические инклинометрические системы как зарубежного, так и российского производства для определения смещения грунтового массива и/или ограждения котлована, автоматические датчики вибрации, уровня грунтовых вод и порового давления. Весь геотехнический мониторинг можно свести в единую наблюдательную станцию, и один оператор за монитором сможет выдавать рекомендации и отчеты в любое время. «В целом, самым интересным с инженерной точки зрения объектом для меня является "Орловский тоннель" в Санкт-Петербурге. Несмотря на то, что тоннель так и не был построен, но даже в рамках проектной документации это был очень сложный объект. Программа мониторинга учитывала автоматические метеостанции, которые вносили поправки в сеть автоматизированных тахеометров для выполнения высокоточных съемок деформаций зданий и массива грунта», — резюмирует представитель компании «ГЕОИЗОЛ».
Мнение:
Данил Кругов, генеральный директор ООО «Оптимум Прайс»:
— В состав проведения обследования и проектирования, когда требуется серьезный отчет, масштабные исследования по геомониторингу, с использованием спутниковых систем, мы привлекаем специализированные организации на субподряд. Например, так было на объекте в Калининграде, где три строения, соседствующие с резиденцией президента, сползали с холма. Казус с самостоятельным геомониторингом случился с нами лишь однажды. Дело было на Трехгорной мануфактуре в Москве. Там мы контролировали подъем до проектной отметки старинной стены в метр кладки толщиной. Десятиметровая конструкция вековой давности встала на свое место, что приятно поразило и обрадовало заказчика. Как же мы удивились через месяц, когда тот же заказчик отказался оплачивать финальную часть по контракту. Оказалось, что пол, который мы вместе с технадзором считали значащимся под демонтаж, за которым мониторинг не проводился, бесконтрольно поднялся в одном месте, и за него нам выкатили счет. Бывает и так.