За визначенням, щільність – скалярна величина, яка показує відношення ваги матеріалу до займаного об'єму. Вимірюється вона в кг/м³ (у системі СІ) і г/см³ (у системі СГС). Бетон маркується в СІ, позначається величина D + цифра. Наприклад, D1500 означає, що кубометр бетону важить 1500 кг, і це легкий склад.
Для будь-якого тіла щільність безпосередньо пов'язана з міцністю, найщільніший природний матеріал – осмій (платинова група). Міцнісні характеристики цього металу перевищують тільки штучно створені матеріали. Не варто плутати зв'язок щільності з твердістю, найтвердіший елемент – алмаз, що пов'язано з кристалічною решіткою. При цьому його щільність 3 500 кг/м³, а в осмію 22 590 кг/м³, звідси й надвисока міцність.
Попри прямий зв'язок, вагооб'ємним характеристикам бетону приділяється недостатньо уваги, особливо приватними забудовниками.
Що таке показник щільності і як він впливає на властивості моноліту
Фактично, характеристика, що називається іноді «питома вага», говорить про кількість матеріалу в даному об'ємі. Співвідношення завжди менш як 100%, тобто в заданому об'ємі є присутніми повітряні пори, не заповнені компонентами бетонної суміші. Щільніший моноліт має і міцнішу структуру.
Проте показник впливає не лише на міцність.
- Коли повітря підміняє в структурі інші компоненти, знижується загальна міцність моноліту, витіснення пір її підвищує.
- Чим щільніше бетон, тим вище його теплопровідність, особливо важкі марки практично не утримують тепло, а легкі, пористі види бетонів використовуються і в якості теплоізоляторів.
- Ущільнений моноліт практично не вбирає вологу, не вступає з нею в реакцію, що дозволяє робити склади для гідротехнічних робіт. Одночасно збільшується морозостійкість. Оскільки в об'ємі немає вологи, при циклі «замерзання – відтавання» не виникають дефекти.
- Чим щільніше внутрішня структура, тим більше опору навантаженням на розтягування і вигин. При цьому характеристика опору стискуванню (стандартне маркування міцності) може співпадати з легшими бетонами.
Зрозуміло, що в результаті вага впливає на широкий спектр властивостей, тому вказана в документах на партію марка не є визначальною при виборі розчину. Помітимо, що вага кубометра суміші величина керована. Збільшити щільність можна під час заливки, що підвищить міцність конструкцій, наступними способами:
- Штикування лопатами, арматурою і так далі. З об'єму, що протикається, виходить повітря, і суміш ущільнюється. Підходить для невеликих опалубок;
- Застосування вібраторів. Розчин не лише краще заповнює армований простір, але і втрачає повітряні бульбашки;
- Прогрівання моноліту в процесі укладання або заливки. Захід непростий, але дозволяє прибрати практично усі пори з об'єму.
Це технологічні заходи, які ми рекомендуємо проводити навіть при заливці типових бетонних сумішей на приватній ділянці, навіть якщо заливаєте звичайне стягування підлоги.
Упізнати щільність отриманого розчину легко. Зважте літрову банку, запам'ятайте вагу, наповніть її сумішшю, промісіть арматурою і зважте знову. Від отриманої цифри відніміть вагу банки й поділіть на її об'єм (1000 см³). Отримайте значення в г/см³. Це і буде щільність отриманого розчину.
Наприклад, банка важить 300 грамів, а з бетоном 2400. Простий розрахунок: 2400 – 300 = 2100, ділимо на 1000 = 2,1 г/см³ чи 2100 кг/м³. Якщо місткість дорівнює 1 літр, можна просто узяти різницю в грамах.
Якщо заходи при укладанні дозволяють трохи підвищити питому вагу, то у виробництві управляють ширшим діапазоном значень.
Від чого залежить і як міняється питома вага бетону
Очевидно, що важити бетонний розчин буде стільки ж, скільки важать використані компоненти. Але вага буде більша, ніж у моноліту, оскільки частина води піде із застигаючого об'єму. Різниця незначна, але в складних проектах враховується і вона.
У іншому вплив на вагові характеристики можна визначити таким чином.
Великий наповнювач
- У масі розчину складає 50% ваги або більше. Чим вище щільність заповнювача, тим більше питома вага складу. Наприклад, гранітний або доломітовий щебінь дадуть бетон з показником не нижче D2200.
- Розмір фракції (чи насипна щільність). Чим менше між каменями наповнювача залишиться вільного місця для цементу з піском, тим вище буде підсумкова щільність. При цьому більший розмір понизить питому вагу.
- Використання керамзиту, пемзи й схожих заповнювачів дозволить зробити тільки легкий бетон.
Терпка речовина
- Значення має тонкість помелу, чим менше, тим щільніше буде склад.
- Зниження водоцементного співвідношення, тобто можливість понизити кількість води для приготування розчину, збільшить вагу.
- Зменшення пористості, для чого застосовують спеціальний цемент.
- Поширені види – портландцемент (тонкий), пуцолановий зольний (знижує водопотребу) і глиноземний (знижує пористість).
Пластифікатори
- Підвищення плинності суміші знижує необхідну кількість води.
- Вплив на прискорення гідратації понизить кількість пір.
- Добавки типу, що витісняє дозволяють отримати особливо важкий бетон.
Інші компоненти практично не вплинуть на питому вагу, хоча можуть істотно вплинути на інші характеристики.
Важливо. Підвищення питомої ваги (щільність) при рівних значеннях марки бетону (М), зазвичай може підвищити клас міцності (В).
Пояснити це можна на прикладі. Якщо в гідротехнічний бетон М250 додати ще дрібнішого, щільнішого і міцнішого наповнювача, то клас В20 збільшиться до значення В21 – В22, без зміни інших компонентів. Зрозуміло, на практиці так не роблять (економічно нерентабельно), але зв'язок підвищення питомої ваги та класу зрозумілий.
Залишилося розібратися, чому щільність навіть важливіша для правильного вибору, чим інші властивості й характеристики. Для цього необхідно згадати про те, що конкретні суміші розробляються під конкретні завдання.
Як пов'язана класифікація бетонних розчинів з щільністю
У основі класифікації складне «дерево», де перетинаються різні марки, є дублювання, і розібратися в цьому непросто. Але загальна логіка є в діленні на рівні:
Верхній рівень типу бетону
- Конструкційний. Звичний розчин, загальнобудівельний, з якого зводять більшість споруд і будівель.
- Спеціальний. Тут склади спеціального призначення – декоративні, жаростійкі, гідротехнічні й так далі
- Важкий (понад 2 000 кг/м³). Призначений для складних, навантажених об'єктів. Висотні будівлі, тунелі, греблі, бункери й так далі
- Легкий (менш як 2 000 кг/м³). Використовується для вирішення типових будівельних завдань, найширше вживаний в приватному секторі.
Ділення за типом терпкої речовини
- Звичний цементний.
- Шлаковий склад, що має спеціальне призначення.
- Гіпсові або вапняні розчини.
- Спеціальні суміші на базі полімерів, рідкого скла і так далі.
Ділення за структурою
Бетони розділяють на:
- Великопористі з низькою питомою вагою (50 – 500 кг/м³).
- Комірчасті види з аналогічною вагою.
- Поризовані марки, де наявність пір менша, тому міцність вже вище.
- Щільні (в основному з розряду важких сумішей), легені (зустрічаються, але меншою мірою).
Класифікація за наповнювачем
- Пористий – пемза, туф, керамзит і так далі.
- Щільний – граніт, доломіт, щебінь і так далі.
- Спеціальний – шлаки, зола-віднесення, штучні матеріали й ін.
Пісок також включений в список, але в якості різновидів.
Звичайно, детальна класифікація заплутаніша, але приклад дає уявлення про те, що застосування важких, щільних бетонів ширше, чим легших складів. Тому, визначаючи, яку марку замовити для свого об'єкту, переконаєтеся, що вона виявиться потрібної щільності.