Классы и марки бетона по прочности на сжатие

Бетон – что это?

Являясь искусственным строительным камнем, на начальной стадии своего изготовления бетон представляет собой полужидкую смесь воды, вяжущего вещества и наполнителя. Это его основные компоненты. Для получения тех или иных свойств в бетонную смесь вводятся различные добавки, благодаря чему стала возможной его классификация. В качестве добавок могут выступить пластификаторы, ускорители застывания, вещества, повышающие прочность, водонепроницаемость, стойкость к морозам или к воздействию высоких температур, способность защищать от ионизирующих излучений и т. д.

Вяжущим веществом почти всегда выступает цемент, а в наполнители идут песок, щебёнка, гравий и другие твёрдые сыпучие материалы. Сталь, имеющая практически такой же коэффициент расширения при воздействии на неё жары или холода, как бетон, вводится в него в виде армирующих элементов, в итоге чего получается железобетон. А если в бетонную смесь добавляются стальные и железные опилки и стружка, получается тяжёлый и сверхпрочный бетон. Пример применения изделий из такой смеси – саркофаг над 4-м энергоблоком Чернобыльской АЭС.

Что такое марка и класс бетона

И марка, и класс отражают такой показатель бетона как прочность. По ним можно понять, насколько прочен бетон. Ведь именно прочность стала тем важным показателем, по которому бетон в первую очередь классифицируют. Но эти два термина отличаются по своей сути. В чем разница между маркой и классом, мы расскажем дальше.

В зависимости от марки и класса бетона, определяется сфера его применения. В зависимости от марки и класса бетона, определяется сфера его применения

Определяют марки и классы бетона после испытаний на прочность.Определяют марки и классы бетона после испытаний на прочность

Марка бетона по прочности

Марку бетона (М) вычисляют во время испытаний в лаборатории. Там материал сжимают и растягивают, определяя его устойчивость к различным нагрузкам. Как именно это происходит?

Бетонные образцы 10х10х10 см помещают в специальное устройство – под пресс. Далее бетонный кубик сжимают, постепенно увеличивая давление. Когда кубик начинает разрушаться, процедуру останавливают. Так и определяют силу, которую может выдержать тот или иной образец без разрушения. Ее выражают числом. Оно указывает на средний предел прочности. Измеряется показатель в кг/см2. Соответственно, чем ниже марка бетона, тем ниже его прочность.

Принято выделять следующие марки бетона:

• М50
• М75
• М100
• М150
• М200
• М250
• М300
• М350
• М400
• М450
• М500
• М550
• М600
• М700
• М800
• М900
• М1000

Класс прочности бетона

Класс – это заявленная, гарантированная прочность бетона. Обозначается показатель латинской буквой «В». Единица измерения – мегапаскаль (МПа).

Класс показывает, какое давление может выдержать материал. Для этого образец также помещают под пресс и смотрят, при какой нагрузке он разрушается. Далее проводят еще несколько таких испытаний – с другими, аналогичными образцами. При этом, во время исследования, 95% образцов должны оставаться целыми после приложения нагрузки. Показатель 95%, или 0,95 называется обеспеченной прочностью либо доверительной вероятностью.

Согласно ГОСТ 26633-2015, существуют следующие классы бетона по прочности на сжатие:

• В3,5
• В5
• В7,5
• В10
• В12,5
• В15
• В20
• В22,5
• В25
• В27,5
• В30
• В35
• В40
• В45
• В50
• В55
• В60
• В70
• В80
• В90
• В100
• В110
• В120

Приготовление бетона

При больших объемах работ лучше заказать бетон на заводе. Изготовление большого количества раствора вручную или даже с использованием бетономешалок задача сложная, а укладка порциями требует дополнительных усилий на то, чтобы слои хорошо сцепились. Тем не менее, приготовить бетон можно и вручную. В этом случае есть две последовательности действий:

1. Сначала в сухом виде перемешивают бетон и песок. Его смешивают до тех пор, пока цвет не станет однородным. Потом засыпают щебень, все снова перемешивают, и последней добавляется вода.
2. Сначала заливается вода, в нее — цемент. Когда все перемешается добавляют песок и потом крупный заполнитель.

В первом варианте есть возможность, что при ручном замесе на дне, возле стен емкости останется неразмешанный состав, что приведет к снижению прочности бетона. Выход — хорошо и тщательно все перемешивать. Но слишком много времени тратить на это нельзя: раствор начнет схватываться.

Во втором варианте свои минусы: для получения однородного цементного молочка (смеси воды и цемента) порой уходит много времени. В результате на образование связей с засыпкой его просто не хватает: цемент «схватывается» и прочность бетона тоже снижается.

Все это не столь критично при использовании бетономешалок, но тоже неидеально. Тут есть другая сложность. Доставляется бетон на стройплощадку обычно в тележках. В одну весь объем не помещается, и остаток оставляют крутиться в бетономешалке. Это лучше, чем оставить его просто стоять, но при слишком длительном перемешивании раствор может начать расслаиваться, результат — прочность бетона станет ниже. Выход — две тележки и два человека, которые их повезут. Способ засыпки — первый или второй — выбирайте сами.

Так все-таки, как приготовить бетон. Выбор за вами. Если объемы небольшие — можете месить вручную. Только делайте это тщательно. Для заливки фундамента лучше-все-таки заказать миксер, но можно справиться и бетономешалкой (или двумя, в зависимости от объема). А чтобы решить проблемы с неоднородностью замеса (хотя лучше, чтобы он был хорошим), обработайте укладываемый бетон вибратором. Большая часть проблем уйдет.

Далее поговорим о требованиях к компонентам бетона, их размерах и качествах.

Требования к цементам для бетонов

Для большей части строительных работ используют цементный бетон, где в качестве вяжущего компонента используется портландцемент. Бывает еще и известковый, но его область применения ограничена в основном отделочными работами, которые делают «по старинке».

Виды портланцементов и их хранение

Видов портландцемента несколько — шлакопортландцемент, глиноземистый и пуццолановый. Все они немного отличаются по характеристикам, но для частного строительства подходит любой. Разница может сказаться только на времени схватывания: дольше всех не застывает шлакопортландцемент — до 12 часов, затем идет стандартный портландцемент — до 10 часов, а быстрее всех застывает глиноземистое вяжущее — не более 8 часов.

Цемент требователен к условиям хранения, и особенно к влажности. Для изготовления важных конструкций — фундаментов, перекрытия и т.п. желательно использовать свежий, недавно вышедший с завода. Уже через месяц он теряет до 10% свои свойств, а через 6 месяцев они ухудшаются на 30-35%. Потому, например, для заливки фундамента лучше брать его максимум двух недельной давности, и закупать незадолго до использования.

Хранить в сухом проветриваемом помещении. Если помещения нет, складывают под крышей или укутав от влаги несколькими слоями пленки. Обратите внимание — укутав, а не укрыв. И желательно не на землю, а на деревянный настил. Все дело в том, что при попадании влаги, даже в парообразном состоянии, цемент становится комковатым, что намного ухудшает характеристики бетона. При обилии влаги он просто становится камнем и использовать его нет никакой возможности. Потому о месте для хранения цемента позаботьтесь заранее.

Маркировка цемента

Какую марку цемента нужно брать, указывается обычно в рецептуре бетона. Она обозначается буквой М и цифрами, которые обозначают максимальную прочность бетона, которая может быть достигнута с этом вяжущим. Например, с цементом марки М400 максимально можно получить бетон марки М400, а также более низкие.

Далее идет буква «Д» и цифры, обозначающие количество примесей. М400 Д15, обозначает, что примесей в вяжущем 15%. Для строительных работ эта цифра не должна быть больше 20%.

Факторы, влияющие на качество бетона

Все компоненты, входящие в состав строительной смеси оказывают определенное влияние на ее свойства и определяют место применения.

Маркировка продукта

Тип цемента по ГОСТ 31108-2003 определяет состав. В новой маркировке прочность «В», вместо «М». От вида цемента зависит место его применения.

1. Портландцемент ЦЕМ I, чистый, без добавок;
2. ЦЕМ II – клинкерный цемент с минеральными добавками;
3. Шлакопортландцемент ЦЕМ III;
4. Пуццолановый – ЦЕМ IV;
5. Композитный – ЦЕМ V.

Если раньше в паспорте продукта стояла марка цемента (усредненный показатель), теперь ее аналог – максимальная прочность. Производители параллельно маркирует свой продукт по ГОСТ 10178-85, более привычно для пользователей, с указанием М300-М600 и наличия добавок D.

Классификация по наполнителям

По характеру и структуре заполнителей бетонной массы представлена таблица классификации по плотности кг/м3

Прочность на сжатие

Класс бетонной смеси обозначается буквой «В» и отражает гарантированную прочность монолита на сжатие. Его цифровое значение соответствует той нагрузке, которую бетонный кубик или призма выдерживает без разрушения. Сила давления при этом выражается в мегапаскалях (МПа). Гарантия того, что все фрагменты монолита, выполненные из бетона одного класса, выдержат одинаковую нагрузку — 95%. То есть, 95 из 100 кубиков, отлитых из материала класса В30, точно выдержат давление равное 30 МПа. Лишь пять из них могут не подтвердить свойства класса и разрушиться.

Нагрузка, достигаемая в ходе испытаний, считается предельной. Для эксплуатации готовых бетонных конструкций ее понижают с помощью коэффициентов, предусмотренных нормами.

Испытания, устанавливающие класс монолита, проводятся после того, как он наберет максимальную прочность. Этот срок задается проектной документацией, он зависит от планируемых нагрузок, условий твердения и других факторов. Проверка класса производится спустя 28 дней после заливки.

Марка бетона означает среднюю величину его прочности. Для ее отображения используют латинскую букву «М» и числовой показатель в пределах 50-1000. Цифры указывают на то, какую нагрузку в килограммах может выдержать 1см2 бетонной поверхности. Нормативами устанавливается следующее соотношение между классом и маркой бетона:

Так как эти два показателя тесно связаны между собой, можно перевести марку бетона в класс, пользуясь таблицей. При этом следует учитывать, что материал, изготовленный вручную на строительной площадке будут отличаться по классу от произведенного на заводе.

Остановимся подробнее на марках бетона и их применении в строительстве.

Применение бетона с учетом показателей прочности

Область применения бетона регламентирована таблицей соответствия класса и марки, показывает, какие бывают разновидности бетона по плотности, водонепроницаемости, в какой области строительства могут применяться. Сложно определить, какой растворный состав лучше, так как качество бетона целиком зависит от основных показателей и области применения (назначения).

Несколько примеров применения бетона с учетом марки и класса:

• М5-М35 / В0-В2,5: производство ненесущих конструкций, подготовительные мероприятия;
• М50-75 / В3,5-5,0: заливка монолитов, ленточных оснований, бетонных подушек, изготовление бордюров, отмосток, область малоэтажного строительства домов (1-2 этажа), можно использовать для заливки пола, допускаются фракционные включения — известняковый, гранитный, гравийный щебень;
• М100/В7,5 можно использовать для заливки монолитов, фундаментов, стяжки, в дорожном строительстве, при закладке бордюрных блоков или бетонной подушки; фракционные наполнители — гравий, щебень;
• М150 / В10,0-12,5 (С8-10): производство конструкционных элементов, малоэтажное возведение зданий (1-3 этажа), в качестве подготовительного основания для контроля величины защитного слоя или для фундамента;
• М200-М300 / В15,0-В22,5 (С12/15): производство лестничных, площадочных пролетов, монолитных плит, балок, перекрытий, гражданское строительство домов до 10 этажей;
• М350-400 / В25-В30: производство свайно-ростверковых бетонных и железобетонных конструкций, колонн, чаш накопительных резервуаров, аэродромных плит ПАГ, область монолитного строительства зданий высотой до 30-ти этажей, других инженерных сооружений, предназначенных к эксплуатации в условиях сложных или экстремальных нагрузок;
• М450 / В35: производство мостовых и гидротехнических сооружений, ригелей, банковских хранилищ, стен метро;
• М500 / В40: производство сооружений и архитектурных конструкций со специальными требованиями по плотности и прочности элементов.

Чем выше цифровой показатель буквенного значения бетона, тем выше значение по плотности, водонепроницаемости и другим параметрам. Таблица соотношений класса и марки бетона точно определяет область применения бетонной смеси с учетом несущих характеристик сооружения, конструкции, здания, других особенностей инженерных проектов и может быть использована в любой сфере гражданского, промышленного или дорожного строительства.

Средняя прочность бетона

Среднюю прочность бетона (R) каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации. Для конструктивных бетонов v=13,5%, для теплоизоляционных бетонов v=18%.

R = В / [0,0980665*(1-1,64 *ν)]

где В — значение класса бетона, МПа;
0,0980665 — переходной коэффициент от МПа к кг/см2.

Показатели наиболее употребительных классов прочности тяжелых бетонов:

На сферу использования тяжелого бетона в первую очередь влияет его прочность, например:

• B7,5 используется в качестве подготовок автомобильных дорог, для устройства фундаментов с малой нагрузкой, отмосток зданий, парковых дорожек, стяжек пола;
• B10 — B12,5 применяется для бетонирования несущих конструкций объектов малоэтажной застройки;
• B15 — B22,5 предназначены для устройства монолитных фундаментов и перекрытий, зданий нормальной этажности, бетонирования подпорных стенок;
• B25 — B30 — предназначены для устройства ответственных конструкций, в т.ч. ростверков и фундаментов, несущих конструкций монолитного каркаса, ванн бассейнов, емкостных сооружений;
• B35 — B60 — предназначены объектов транспортного и гидротехнического строительства оборонного назначения, сооружений башенного типа, атомных электростанций и др.

Прочностные показателя тяжелого бетона зависят преимущественно от соотношения в его составе ингредиентов:

• цемента;
• крупного заполнителя — известкового, гравийного или гранитного щебня;
• мелкого заполнителя — речного или карьерного песка, очищенных от ильных и глинистых примесей.

Так в бетоне класса В7,5 соотношение цемента, песка и щебня 1:4,6:7,0 трансформируется в 1:0,8:2,0 для бетона класса В60, причем если в малопрочном бетоне можно использовать известковый щебень и стандартный песок, то для изготовления бетона высокой прочности необходим только гранитный щебень и обогащенный песок.

Методы и испытания бетона на прочность

Для определения марки и класса бетона используют разнообразные методы – все они относятся к категориям разрушающих и неразрушающих. Первая группа предполагает проведение испытаний в условиях лаборатории посредством механического воздействия на образцы, которые были залиты из контрольной смеси и полностью выстояны в указанные сроки.

Для проведения исследований используют специальный пресс, который сжимает опытные образцы и демонстрирует предел прочности при сжатии. Разрушение – наиболее верный и точный метод исследования бетона на прочность таких видов, как сжатие, изгиб, растяжение и т.д. Основные неразрушающие методы исследований:

• Воздействие ударом.
• Разрушение частичное.
• Исследование с использованием ультразвука.

Ударное воздействие может быть разным – самым примитивным считается ударный импульс, который фиксирует динамическое воздействие в энергетическом эквиваленте. Упругий отскок определяет параметры твердости монолита в момент отскока бойка ударной установки.

Также используется метод пластической деформации, который предполагает обработку исследуемого участка особой аппаратурой, которая оставляет на монолите отпечатки определенной глубины (по ним и определяют степень прочности).

Частичное разрушение также может быть разным – скол, отрыв и комбинация данных способов. Если для испытаний используется метод скола, то ребро изделия подвергают особому скользящему воздействию для откалывания части и определения прочности. Отрыв предполагает использование специального клеящего состава, которым на поверхности крепят металлический диск и потом отрывают. При комбинировании данных способов анкерное устройство крепят на монолит, а потом отрывают.

Когда используется ультразвуковое исследование, применяют специальный прибор, способный измерить скорость прохождения ультразвуковых волн, проникающих в монолит. Основное преимущество данной технологии – она позволяет изучать не только поверхность, но и внутреннюю структуру бетона. Правда, в процессе исследований велика вероятность погрешности.

Таблица соответствия марки бетона классу прочности

Чтобы определить класс и марку бетона используется следующая таблица:

Требования к цементам для бетонов

Для приготовления бетона в частном секторе можно использовать любой из трех видов связующего: глиноземистый, пуццолановый цемент или шлакопортландцемент. По техническим характеристикам здесь различия оказываются незначительными. Заметно только время схватывания растворов: до 8, 10 и 12 часов соответственно.

Для строительства ответственных конструкций (фундамент, несущие стены) используют только свежий цемент. Это объяснимо тем, что уже через месяц происходит снижение технических показателей на 10 %. Для сравнения, спустя полгода показатели ухудшаются на 30-35 %.

Кроме того, в рекомендациях по приготовлению смеси указывают на марку цемента, который нужно использовать. Здесь рассматриваются вяжущие и прочностные показатели сырья, необходимые для конкретного состава. Так, из компонента М400 можно получить бетон с маркой М400 и ниже.

От выбора бетона зависит качество отливаемых конструкций. Характеристики раствора складываются из показателей, свойственных основным компонентам: связующее вещество, твердый наполнитель (песок, щебень или гравий). Вся информация отражается в маркировке от изготовителя.