Что такое плотность бетона и как она измеряется

  • Что такое плотность бетона и как она измеряется

По определению, плотность – скалярная величина, показывающее отношение веса материала к занимаемому объему. Измеряется она в кг/м³ (в системе СИ) и г/см³ (в системе СГС). Бетон маркируется в СИ, обозначается величина D + цифра. Например, D1500 означает, что кубометр бетона весит 1500 кг, и это легкий состав. 

Для любого тела плотность напрямую связана с прочностью, самый плотный природный материал – осмий (платиновая группа). Прочностные характеристики этого металла превышают только искусственно созданные материалы. Не стоит путать связь плотности с твердостью, самый твердый элемент – алмаз, что связано с кристаллической решеткой. При этом его плотность 3 500 кг/м³, а у осмия 22 590 кг/м³, отсюда и сверхвысокая прочность. 

Несмотря на прямую связь, весообъемным характеристикам бетона уделяется недостаточно внимания, особенно частными застройщиками. 

Что такое показатель плотности и как он влияет на свойства монолита

Фактически, характеристика, называемая иногда «удельный вес», говорит о количестве материала в рассматриваемом объеме. Соотношение всегда меньше 100%, то есть в заданном объеме присутствуют воздушные поры, не заполненные компонентами бетонной смеси. Более плотный монолит обладает и более прочной структурой. 

Однако показатель влияет не только на прочность.

  • Когда воздух подменяет в структуре другие компоненты, снижается общая прочность монолита, вытеснение пор её повышает. 
  • Чем плотнее бетон, тем выше его теплопроводность, особо тяжелые марки практически не удерживают тепло, а легкие, пористые виды бетонов используются и в качестве теплоизоляторов.
  • Уплотненный монолит практически не впитывает влагу, не вступает с ней в реакцию, что позволяет производить составы для гидротехнических работ. Одновременно увеличивается морозостойкость. Так как в объеме нет влаги, при цикле «замерзания – оттаивания» не возникают дефекты.
  • Чем плотнее внутренняя структура, тем больше сопротивление нагрузкам на растяжение и изгиб. При этом характеристика сопротивления сжатию (стандартная маркировка прочности) может совпадать с более легкими бетонами.

Понятно, что в результате вес влияет на широкий спектр свойств, поэтому указанная в документах на партию марка не является определяющей при выборе раствора. Заметим, что вес кубометра смеси величина управляемая. Увеличить плотность можно во время заливки, что повысит прочность конструкций, следующими способами:

  • Штыкование лопатами, арматурой и т.д. Из протыкаемого объема выходит воздух, и смесь уплотняется. Подходит для небольших опалубок;
  • Применение вибраторов. Раствор не только лучше заполняет армированное пространство, но и лишается воздушных пузырьков; 
  • Прогрев монолита в процессе укладки или заливки. Мероприятие непростое, но позволяет убрать практически все поры из объёма. 

Это технологические мероприятия, которые мы рекомендуем проводить даже при заливке типовых бетонных смесей на частном участке, даже если заливаете обычную стяжку пола

Узнать плотность полученного раствора легко. Взвесьте литровую банку, запомните вес, наполните её смесью, промешайте арматурой и взвесьте снова. От полученной цифры отнимите вес банки и поделите на её объем (1000 см³). Получите значение в г/см³. Это и будет плотность полученного раствора. 

Например, банка весит 300 грамм, а с бетоном 2400. Простой расчет: 2400 – 300 = 2100, делим на 1000 = 2,1 г/см³ или 2100 кг/м³. Если ёмкость ровно 1 литр, можно просто взять разницу в граммах. 

Если мероприятия при укладке позволяют немного повысить удельный вес, то в производстве управляют более широким диапазоном значений. 

От чего зависит и как меняется удельный вес бетона

Очевидно, что весить бетонный раствор будет столько же, сколько весят использованные компоненты. Но вес будет больший, чем у монолита, поскольку часть воды уйдет из застывающего объема. Разница незначительная, но в сложных проектах учитывается и она. 

В остальном влияние на весовые характеристики можно определить следующим образом.

Крупный наполнитель

  • В массе раствора составляет 50% веса или больше. Чем выше плотность заполнителя, тем больше удельный вес состава. Например, гранитный или доломитовый щебень дадут бетон с показателем не ниже D2200.
  • Размер фракции (или насыпная плотность). Чем меньше между камнями наполнителя останется свободного места для цемента с песком, тем выше будет итоговая плотность. При этом больший размер снизит удельный вес.
  • Использование керамзита, пемзы и схожих заполнителей позволит сделать только легкий бетон.

Вяжущее вещество

  • Значение имеет тонкость помола, чем меньше, тем плотнее будет состав.
  • Снижение водоцементного соотношения, то есть возможность снизить количество воды для приготовления раствора, увеличит вес.
  • Уменьшение пористости, для чего применяют специальный цемент. 
  • Распространенные виды – портландцемент (тонкий), пуццолановый зольный (снижает водопотребность) и глиноземный (понижает пористость).

Пластификаторы

  • Повышение текучести смеси снижает требуемое количество воды.
  • Влияние на ускорение гидратации снизит количество пор.
  • Добавки вытесняющего типа позволяют получить особо тяжелый бетон.

Остальные компоненты практически не окажут влияния на удельный вес, хотя могут существенно повлиять на другие характеристики. 

Важно. Повышение удельного веса (плотности) при равных значениях марки бетона (М), обычно может повысить класс прочности (В). 

Пояснить это можно на примере. Если в гидротехнический бетон М250 добавить ещё более мелкий, плотный и прочный наполнитель, то класс В20 увеличится до значения В21 – В22, без изменения других компонентов. Разумеется, на практике так не делают (экономически нерентабельно), но связь повышения удельного веса и класса понятна.

Осталось разобраться, почему плотность даже более важна для правильного выбора, чем другие свойства и характеристики. Для этого необходимо вспомнить о том, что конкретные смеси разрабатываются под конкретные задачи.

Как связана классификация бетонных растворов с плотностью

В основе классификации сложное «дерево», где пересекаются разные марки, есть дублирование, и разобраться в этом непросто. Но общая логика есть в делении на уровни:

Верхний уровень типа бетона

  • Конструкционный. Привычный раствор, общестроительный, из которого возводят большинство сооружений и зданий.
  • Специальный. Здесь составы специального назначения – декоративные, жаростойкие, гидротехнические и т.д.
  • Тяжелый (свыше 2 000 кг/м³). Предназначен для сложных, нагруженных объектов. Высотные здания, туннели, дамбы, бункеры и т.д.
  • Легкий (менее 2 000 кг/м³). Используется для решения типичных строительных задач, наиболее широко применяемый в частном секторе.

Деление по типу вяжущего вещества

  • Привычный цементный.
  • Шлаковый состав, имеющий специальное назначение.
  • Гипсовые или известковые растворы. 
  • Специальные смеси на базе полимеров, жидкого стекла и т.д.

Деление по структуре 

Бетоны разделяют на:

  • Крупнопористые с низким удельным весом (50 – 500 кг/м³).
  • Ячеистые виды с аналогичным весом.
  • Поризованные марки, где наличие пор меньше, поэтому прочность уже выше.
  • Плотные (в основном из разряда тяжелых смесей), легкие (встречаются, но в меньшей степени).

Классификация по наполнителю

  • Пористый – пемза, туф, керамзит и т.д.
  • Плотный – гранит, доломит, щебень и т.д.
  • Специальный – шлаки, зола-унос, искусственные материалы и пр.

Песок также включен в список, но в качестве разновидностей.

Конечно, подробная классификация более запутана, но пример дает представление о том, что применение тяжелых, плотных бетонов шире, чем более легких составов. Поэтому, определяя, какую марку заказать для своего объекта, убедитесь, что она окажется нужной плотности.

11.01.2021 20:06:33
0
21

Комментарии:

Внимание: HTML символы запрещены!