2 В степени i — простая формула для бетона

Вновь передо мной появится бетономешалка, но на этот раз мне предстоит самому замешивать в ней бетон: для текущих задач нет смысла искать строителей или даже покупать готовый товарный бетон — масштабы не те.

В общем, решил я что необходимо детально разобраться в проблеме, чтобы всё сделать правильно.

Самая основная тонкость приготовления качественного бетона — соблюдение правильного соотношения цемента, песка, щебня и воды. Есть, правда, ещё один вид бетона, где пропорции между компонентами варьируют в широком диапазоне — коктейль, названый по первым слогам компонентов: бехеровки и тоника (обычно наливают 50 мл чешской настойки и 150 мл хининовой газировки). Впрочем, это правило распространяется на все коктейли: и на польскую «шарлотку» (зубровка с яблочным соком) и «мартини» (джин с вермутом). Вот что уж точно нельзя смешивать, так это приготовление бетона (в смысле цементной смеси) и потребление «бетона» (в смысле коктейля) — можно получить совсем не тот результат, который ожидался.

Справочники дают информацию о весовых пропорциях компонентов, входящих в состав бетона. В этом есть своя логика: и цемент, и песок, и щебень мы покупаем на вес. Но какие весы могут оказаться на строительстве индивидуального дома? Разве что такие, как изображённые на фото вверху справа…

Суровые реалии вынуждают нас искать более простые способы измерений, а куда уж проще, чем отмерить нужное количество ведром. Но дело в том, что каждый из компонентов (цемент, песок, щебень) имеет свою насыпную плотность и эта плотность может существенно изменяться в зависимости от влажности (например, у песка — чем мокрее, тем объёмнее), размера частиц материала (например, фракции щебня) и процедуры насыпания (например, околачивание ведра в процессе засыпки цемента):

• цемент — от 1200 до 1750 кг/м³,
• песок — от 1200 до 1920 кг/м³,
• щебень — от 1320 до 1430 кг/м³.

Получается, что точность дозировки неизбежно страдает, но преимуществ гораздо больше: и вода отмеривается в объёмных единицах, и бетономешалки рассчитаны на определённый рабочий объём. Впрочем, этой погрешностью не грех и пренебречь: всё лучше, чем «на глазок», как, собственно, и делают многие ухари–строители.

В Сети бродит табличка, показывающая примерные объёмные соотношения сыпучих составляющих будущего бетона (о воде будет отдельный разговор). Я просто привожу эту табличку, не ручаясь ни за её точность, ни достоверность. Все объёмы в ней приведены к объёму цемента (ц), как самого малорасходуемого вещества, затем указан объём песка (п) и щебня (щ), а после знака равенства — окончательный объём получаемой бетонной смеси.

Числа, обозначающие марку бетона соответствуют усреднённому пределу прочности на сжатие в кгс/см². В современных проектах бетон обозначается в классах и этот параметр сродни марке, но с небольшими нюансами: в марках используется среднее значение прочности, в в классах — прочность в Н/см² с гарантированной обеспеченностью, да ещё с коэффициентом вариации 13,5%.

Зачем, спрашивается, городить огород со всеми этими компонентами: замешивай просто цемент с водой и используй на здоровье! Дело в том, что цемент при гидратации, то есть в результате превращения в камень при химическом взаимодействии с водой, даёт усадку. Эта усадка не такая уж и большая (около 2%), но совершенно непредсказуема по направлению. Другими словами, изделие из цементного монолита запросто может деформироваться и потрескаться. Поэтому песок со щебнем, принимая на себя часть усадочных деформаций, выполняют роль своеобразных демпферов, хотя основная роль в обеспечении прочности бетонной конструкции всё равно остаётся за цементом.

Теперь о воде. Именно вода вступает в химическую реакцию с цементом и превращает его, со временем, в камень. Для полной гидратации 1 кг цемента требуется около 250 мл воды (то есть, правильный гранёный стакан — тот, который с верхним гладким, неогранённым ободочком). Даже неподготовленному читателю (но таких здесь не бывает!) понятно, что смесь с таким мизерным количеством воды невозможно будет уложить — никакой текучести, никакой пластичности, — просто влажноватая рассыпуха. Поэтому, обычно воду берут в пределах 0,4–0,6 от количества цемента. Лишняя вода со временем испаряется из бетона, пробивая себе путь наружу и, тем самым, образует внутри массива капилляры, которые и создают серьёзные проблемы с гидростойкостью, морозостойкостью и даже прочностью конструкции.

Впрочем, для повышения текучести–пластичности бетонного раствора, а также придания ему новых удивительных свойств и качеств можно использовать добавки. Эти добавки оказывают специфическое воздействие на раствор: пластификаторы делают его более подвижным и пластичным (при том же количестве воды), уплотнители существенно уменьшают пористость готового бетона (тем самым обеспечивают его гидрозащиту), ускорители помогают раствору быстрее схватываться, твердеть и набирать бо́льшую прочность, замедлители позволяют дольше сохранить пригодность готового бетонного раствора перед укладкой (например, при транспортировке), противоморозные добавки дают возможность замешивать и использовать бетон при отрицательных температурах.

Следует заметить, что имеющиеся в продаже добавки, как правило, обладают комплексным действием. Например, на этикетке приобретённого мной средства для гидроизоляции «Бетон–Щель» (см. фото справа) значится, что оно уплотняет структуру бетона, повышает его водонепроницаемость, морозостойкость, пластичность, улучшает аэрацию.

Другую добавку, «Master Fix» я приобрёл, «зацепившись» взглядом за обещание активировать лежалый цемент (есть у меня несколько мешков прошлогоднего М 400). Как видно из этикетки, это средство ускоряет схватывание и твердение бетона, а также является пластификатором.

Оба продукта уменьшают количество воды, необходимой для приготовления бетонного раствора (на 6–9%) и достаточно экономны в использовании: содержимое литровой банки рассчитано на 100 кг цемента, а при стоимости 35 и 17 гривень соответственно, удорожание бетона составит 17–35 копеек на каждый использованный килограмм цемента. В общем, для себя я решил: добавками пользоваться нужно!

Конечно, табличка объёмного дозирования материалов, входящих в бетонный раствор, удобна и полезна, но не всегда оказывается под рукой (практика показывает, что она гарантированно не окажется под рукой именно тогда, когда нужнее всего). На этот случай людская молва предлагает универсальный рецепт «2:5:9», то есть на две части цемента добавить пять частей песка и девять частей щебня. В уже упомянутой табличке такому составу (то есть, 10 : 25 : 45) примерно соответствует бетон класса В 15 (если использовать цемент М 400) и В 20 (на цементе М 500). Для решения подавляющего большинства задач частного домостроения и дачесодержания бетона такого качества вполне достаточно: всё равно для заливки ответственных конструкций лучше покупать заводской бетон и следить, чтобы строители его не испортили.

Решив пойти ещё дальше, то есть ещё более облегчить запоминание волшебной формулы бетона, я заметил, что последовательность «2:4:8», очень близкая к «2:5:9», представляет ряд значений степени двойки: 21 (цемент) : 22 (песок): 23 (щебень), а если добавить ещё и требуемый объём воды — половину от объёма цемента, то есть единицу (она же 20), то получится очень простая и компактная формула:

2i, где i = 0…3.

По–моему, эту формулу я запомню навсегда.

Не исключена вероятность и того, что не забуду несколько уточнённую формулу:

2i×1¼.

Только нужно будет помнить, что на четвертушку увеличиваются все компоненты, кроме цемента: 1¼(в) : 2(ц) : 5(п) : 10 (щ). Правда, так гораздо ближе к рекомендациям народной молвы? Хотя, 1¼ часть воды всё равно маловато — нужно 1½. А вот щебня многовато — нужно бы умножать на 1⅛. Зато песочка — в самый раз!

А сейчас, впихну–ка я эти три последние пропорции в нашу исходную таблицу — для наглядности, так сказать:

И, напоследок, несколько слов о наборе прочности. При температуре окружающей среды 20°С бетон набирает всю прочность, соответствующую его марке (классу) за 28 дней. При более низких температурах этот процесс замедляется и при 4,5°С вообще останавливается. Следует отметить, что уже через 3 дня твердения прочность бетона составляет 50% от марочной, а через две недели — 80%. Потом процесс замедляется, но не останавливается, и через год прочность бетона составляет 120% от запланированной.

Сколько нужно бетона для фундамента?

Для расчета количества бетона, необходимого для фундамента, нужно учитывать несколько факторов, таких как размеры фундаментной ямы, толщина стенок фундамента и марка бетона.

Общая формула для расчета объема бетона такова:

V = S * h

где V — объем бетона, S — площадь основания фундамента, h — толщина стенок фундамента.

Площадь основания фундамента можно рассчитать, умножив длину на ширину фундаментной ямы. Толщину стенок фундамента следует выбирать в зависимости от нагрузки на фундамент и условий строительства.

Марку бетона нужно выбирать в зависимости от требований проекта и условий эксплуатации фундамента. Обычно для фундаментов используются марки бетона не ниже М200.

Например, для фундамента размером 6 м x 8 м и толщиной стенок 30 см, при условии использования бетона марки М200, необходимо около 57 кубических метров бетона. Однако, для точного расчета необходимо обращаться к проектной документации и специалистам-строителям.

Видео. Самая простая нерешённая задача — гипотеза Коллатца [Veritasium]