Плотность бетона

Бетон — широко распространенный строительный материал, востребованный в современном строительстве. Отличается высокой прочностью, в совокупности с армированием, увеличивает прочность конструкций, способных выдерживать значительные нагрузки.

Под плотностью бетона понимается соотношению объема строительной смеси к ее массе. Измеряется плотность бетона в кг/м3. При выборе данного материала важно учитывать цели, для которых он предназначен.

Средняя плотность бетона варьируется от 1,6 до 2,4 т/м?. Растворы с такими плотностями часто используются при возведении простых конструкций, например, стеновые элементы, плиты перекрытий либо пешеходные дорожки. Поэтому при покупке бетонных материалов рекомендуется тщательно учитывать данные показатели для соответствия требованиям проекта.

Применение различных добавок, изменение пропорций основных компонентов смеси позволяют инженерам достигать разнообразных свойств бетона: увеличенная теплоизоляция, быстрота застывания, улучшенная устойчивость к агрессивной среде.

Ключевые характеристики бетона:

• прочность. Определяется классом;
• подвижность. Выражается в способности бетонной смеси расплываться под воздействием степени связности и собственной массы. Выделяют 4 степени подвижности смеси: с осадкой до 20 мм (П1), менее 100 мм (П2), до 150 мм (П3), до 200 мм (П4);
• водонепроницаемость. Способность сопротивляться агрессивной среде, атмосферным факторам, влажности. Чтобы повысить коэффициент водонепроницаемости, требуется использовать специальные добавки для создания замкнутых пор, уплотнения структуры бетона;
• стойкость к морозу. Способность переносить множество циклов замораживания и оттаивания.

Требования к морозостойкости и водонепроницаемости дифференцированы в зависимости от условий эксплуатации и конструкции.

Разновидности плотности бетона

Истинная	Масса бетона на единицу его объема в условиях абсолютно плотного/твердого, материала без включений воздуха или других пористых элементов. Здесь рассматривается именно плотность твердого вещества, исключая объем, занимаемый воздухом или другими порами. В реальных условиях бетон содержит поры, воздушные полости и другие неплотности, которые влияют на его объем, а значит и на плотность в конечном виде. Понимание истинной плотности бетона может быть важным для научных исследований, экспериментов в лабораторных условиях, инженерных расчетов, то есть носит чисто формальный характер по типу: какова была бы масса 1 м3 бетона, если бы он бы предельно уплотнен?
Действительная (эффективная, средняя)	Учитывает все составляющие бетона, включая поры, воздушные полости и другие неплотности. Означает реальное, а не гипотетическое представление.
Нормируемая	Устанавливается (регулируется) стандартами, нормативами или техническим требованиями для конкретного строительного проекта. Может зависеть от различных факторов: климатические условия, как будет эксплуатироваться и прочее. Простыми словами – «идеальный» показатель, утвержденный ГОСТ.
Фактическая	Плотность материала, полученная в результате конкретного процесса замешивания и формирования конкретной партии бетона на стройплощадке или в заводских условиях. На фактический показатель могут влиять: соотношение ингредиентов, качество сырья, технология смешивания и т. д. Учитывает все факторы, включая наличие воздуха в структуре раствора, и может быть измерена экспериментально. Считается довольно точной, поскольку отражает реальные характеристики материала.
Расчетная	Часто относится к той плотности, которая рассчитывается на бумаге или в компьютерных программах при проектировании бетонных конструкций. Основывается на потреблении элементов бетонной смеси и предполагает отсутствие воздушных полостей или других дефектов. Не учитывает вовлеченный в смеси воздух.
Удельная	Фактически относится к характеристике средней плотности бетона, только подразумевают значение, вычисленное на единицу объема. Измеряется в кг/м?, представляет собой массу 1 куб. метр (м3).
Относительная	Отношение среднего показателя плотности материала к "истинной". Определяется коэффициентом уплотнения. В процессе уплотнения материал может приобрести среднюю плотность, которая отличается от его исходной теоретической плотности. Коэффициент уплотнения выражает степень, на которую материал был уплотнен или сжат по сравнению с его исходной плотностью.
Насыпная	Измеряется для сухих сыпучих материалов и представляет собой отношение веса сыпучего вещества к его объему в свободной засыпке, включая плотность воздуха, воды твердого вещества, пор. Также ее можно определить у боя бетона, сухой бетонной смеси. Данный показатель зависит от формы, размера зерен, пористости и другого. Именно поэтому для каждого конкретного материала она рассчитывается индивидуально.

Почему важен показатель прочности?

Качество конечной конструкции, ее эксплуатационный срок, прочность зависят от плотности бетона. Рекомендуется учитывать этот параметр из-за влияния на:

• процесс заливки раствора, особенно при формировании оснований для стратегических, промышленных объектов;
• способ смешивания компонентов смеси для достижения оптимальной однородности;
• сохранение прочности конструкции в течение продолжительного времени.

Сопротивляемость к долговременным перегрузкам, нагрузкам напрямую зависит от степени плотности смеси из бетона (высокий показатель увеличивает сопротивляемость).

Основные единицы измерения, вычисление плотности

Существует 3 вида:

• т/м3;
• г/см3;
• кг/м3.

Для вычисления используется простая формула: p=m/V, где p – плотность, m – масса, V – объем. Последний вычисляется путем перемножения высоты, ширины, длины.

Пример (достаточно условный, без учета нюансов):

Возьмем переменные: цементобетонная конструкция весит 3 тонны, объем – 6 м3. Получается, что: p = 3000/6 = 500 кг/м3.

Типы бетона по плотности

Особо легкий	Создание дренажных систем, укрепление грунта, теплоизоляция перекрытий, стен, черновая отделка пола. Плотность – не более 500 кг/м3. Используются наполнители: арболит, перлит. Марки: М50...М75.
Легкий	Напольное покрытие стоянок для ТС, заливка перекрытий, стяжка пола, изготовление бордюрного камня, фундамент для небольших сооружений. Плотность – не более 500...1800 кг/м3. Дополнительно: шлаки, пемза, керамзит, ракушечник. Марки: М100, М200.
Облегченный	Монолитные фундаменты, лестницы, несущие конструкции коммерческих, жилых зданий. Плотность – не более 1800...2000 кг/м3. Дополнительно в составе: гравий, щебень. Марки: М200, М300.
Тяжелый	Бассейны, несущие конструкции промышленных сооружений, заборы. Плотность – не более 2000...2500 кг/м3. Дополнительно в составе: известняк, мелкий песок, гранитный щебень. Марки: М300, М400.
Особо тяжелый	Высотные здания, промышленное строительство, плотины, атомные станции, туннели. Плотность – от 2500 кг/м3. Дополнительно в составе: барит, железные опилки, дробь из чугуна. Марки: от М400.

На что влияет и от чего зависит P бетона?

Зависит от:

• веса, типа заполнителя. Если последний сам имеет большой вес, то невозможно получить лёгкий материл. Например, плотный щебень, вес которого достигает 1 тонны на 1 м3. Для понижения плотности добавляют полистирол, пемзу, перлит и другое;
• количества пор. Уменьшение трещин и пор в материале ведет к увеличению плотности конечного раствора;
• количества цемента и воды. Уменьшение водоцементного соотношения повышает плотность, а избыточная влага может негативно повлиять на свойства материала;
• фракции. Размер зерен влияет на пустотность бетона, а, следовательно, на его плотность. Мелкие заполнители, такие как песок, увеличивают плотность и вес;
• вяжущего вещества (ВВ). Определенные виды цемента могут повысить отношение массы смеси к ее объему, например, глиноземистый цемент для улучшения огнеупорности;
• размера частиц ВВ. Мелкие частицы уменьшают водопотребление и повышают плотность;
• трамбовки, уплотнения. Необходимы для удаления влаги и воздуха, а также для более плотного распределения заполнителей;
• условия твердения. Твердение в естественных условиях или при тепловой обработке влияет на плотность бетона;
• пластификаторов, добавок. Воздухововлекающие добавки могут уменьшить вес, а уплотняющие добавки повысить плотность;
• возраста бетона. Процесс твердения также продолжается и после первых 28 дней, что также влияет на плотность материала.

Влияет:

• укладка. Плотные растворы обычно являются менее подвижными и жесткими, что делает работу с ними более трудной;
• структура смеси. Структура материала сильно зависит от его плотности и классифицируется на основе содержания цементного камня и его распределения в бетоне;
• прочность. Качество уплотнения смеси при укладке напрямую влияет на прочность бетона. Более высокая плотность соответствует более прочному материалу и повышенной устойчивости к механическим нагрузкам;
• стойкость к износу. Сопротивление бетона поверхностному износу повышается по мере увеличения плотности;
• коэффициент теплопроводности. Более низкая плотность и высокая пористость улучшают теплоизоляционные свойства, в то время как плотные бетоны обладают более высокой теплопроводностью;
• коэффициент теплоемкости. Зависит от состава, структуры и плотности бетона. Неплотные материалы с высокой пористостью имеют высокую теплоемкость;
• коэффициент водонепроницаемости. Большая плотность - повышенная водонепроницаемость;
• коэффициент морозостойкости. Более высокая плотность бетона связана с повышенной устойчивостью к перепадам температур, поскольку в монолит с меньшим количеством пор проникает меньше воды;
• показатель радононепроницаемости. Плотные смеси с минимальным количеством пор и трещин хуже пропускают радон, радиоактивный газ, что улучшает защиту от его воздействия на здоровье.

Возможность влияния на плотность

Наиболее простым, распространенным методом увеличения плотности бетона является понижение жидкости в растворе. Однако это снизит текучесть материала, что может вызвать трудности при строительных, ремонтных работах. Для сохранения подвижности смеси можно применять пластификаторы. Небольшое увеличение плотности достигается путем изменения соотношений компонентов и добавления веществ, таких как бетонированная глина, гипс.