Пропорции бетона: как правильно замесить

Существует ли универсальная пропорция для замешивания бетона? Распространенные рекомендации «три части песка на одну часть цемента» или «часть цемента, 4 части гравия, 2 части песка, 1/2 части воды» позволят получить «некий» цементный раствор. Однако если необходимо сделать качественный бетон с марочными (или почти) характеристиками, то к пропорциям нужен профессиональный подход.

Для изготовления бетона смешивают цемент, щебень, песок и воду в правильном соотношении. Цемент играет роль связующего и отвердителя, щебень и песок повышают прочность, а вода дает пластичность и облегчает смешивание.

Говоря о пропорциях, стоит начать с разбора компонентов бетонной смеси.

Цемент

Цемент – связующее вещество, необходимое для приготовления бетона любой марки. При смешивании с водой и заполнителями цемент образует рассыпчато-пластичную массу, отвердевающую и набирающую прочность. Подробнее.

Существуют десятки разновидностей цемента (портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистые, белые).

В частном строительстве обычно используют портландцемент, иногда с добавками:

• быстротвердеющий;
• сульфатостойкий;
• гидрофобный.

Маркируют цемент по-разному. Пример старого обозначения: ПЦ 500-Д20-Б – ПЛ ГОСТ 10178-85 – такой портландцемент имеет следующие характеристики:

• прочность на сжатие через 28 суток после заливки – 500 кг/см2;
• содержание улучшающих добавок (Д) – до 20%;
• быстрое отвердевание (Б) – схватывание начинается уже через 15 мин;
• пластичность (ПЛ) – содержит пластификатор, облегчающий укладку.

Согласно новому ГОСТ 31108-2003 обозначение изменено в соответствии со стандартом Евросоюза и выглядит иначе: ЦЕМ II/В-Ш 42,5 Р. Это означает:

• ЦЕМ II – портландцемент c минеральными присадками;
• А-Ш – тип и содержание присадок: 21–35% шлака;
• 42,5 – прочность через 28 суток (42,5 Мпа);
• Р – быстротвердеющий (раннего схватывания).

Главное отличие маркировок – указание прочности по классу в МПа вместо кг/см2. Соответствие этих величин приведено в таблице:

Рекомендации по выбору марки цемента для получения бетона заданной марки представлены в таблице:

Однако часто руководствуются простым правилом – марка связующего должна быть в 2–2,5 раза выше марки бетона. Буквально это справедливо только для низких марок – до М300.

В частном строительстве с большинством задач справляется цемент 400. При возведении промышленных объектов обычно применяют цемент марки 500. Если предполагаются тяжелые условия эксплуатации объекта, в смету закладывают специальные, более прочные марки цемента.

Для точного определения пропорций, нужно знать не только марку цемента, но и его фактическую прочность. Изменение характеристик может происходить:

• при истечении срока годности – обычно это 6 месяцев. Однако за 3 месяца теряется пятая часть марочной прочности – марка М500 «превращается» в марку М400;
• при неправильном хранении – повреждение упаковки плюс воздействие влаги и воздуха. Вскрытый мешок лучше использовать в течение месяца.

Цемент лучше покупать фасованным у надежного продавца и не следует брать «про запас».

Цемент, содержащий куски и комочки, не стоит использовать для ответственных работ (фундамент, перекрытия). Можно отправить его на поделки для сада, например, вазы из цемента и песка.

Песок

Песок играет роль мелкого заполнителя, не позволяя бетону трескаться в ходе отвердевания цемента. От качества песка зависит прочность и подвижность смеси.

«Рабочие» свойства песка зависят от числа фракций и содержания примесей. Размеры песчаных гранул варьируются в пределах 0,16–5 мм, но для приготовления строительных смесей применяют фракции 5 групп:

	тонкие – размер гранул до 1,2 мм;
	очень мелкие – гранулы от 1,2 до 1,6 мм;
	мелкие – 1,6–2 мм;
	средние – 1,9–2,5 мм;
	крупные – 2,5–3,5 мм.

Лучший вариант для приготовления бетона – морской или речной песок, который не содержит:

• пыли;
• глинистых частиц;
• органических загрязнений (корней ,веток, коры).

Наличие примесей ведет к появлению в затвердевшем бетонном «камне» пустот, снижающих фактическую прочность.

Однако чаще (ввиду доступности и цены) используют карьерный песок. Основные требования к мелкому заполнителю:

• размер гранул от 2 до 3,25 мм;
• наличие всех фракций (пустотность до 30%).

Для марок ниже М300 допустимо использовать песок с наличием:

• очень мелких фракций (зерна меньше 1,6 мм) – до 20% от общего гранулометрического состава;
• примесей глины – до 3%;
• пылевидных частиц (до 0,6 мм) – до 3%.

Для получения требуемых характеристик допускается брать карьерный песок близ места строительства, а затем промывать или просеивать его, либо смешивать с покупным песком. В этом случае полезно знать сколько он весит.

Важное требование к песку – содержание влаги. Присутствие в песке 2% воды визуально незаметно, однако может сказаться на пропорциях смеси. Если же песок с виду мокрый, влаги там может быть до 10%, что недопустимо.

Щебень и гравий

Щебень (гравий) – это основной заполнитель, создающий прочный каркас бетона. Щебень – это горные породы или гравий, измельченный до зерна размером 3 мм и более.

Острые грани и шероховатая поверхность щебня обеспечивают хорошее сцепление со смесью из песка и цемента. Гладкая галька заменить щебень не сможет.

Основной характеристикой щебня (аналогично песку) является фракция. Выделяют щебень:

	очень мелкий – зерна размером от 3 до 10 мм;
	мелкий – зерно от 10 до 20 мм;
	средний – 20–40 мм;
	крупный – 40–70 мм.

Очень крупные фракции (от 70 мм) применяют для декоративных целей и очень массивных сооружений.

Выбирая тип крупного заполнителя, нужно помнить два важных правила:

• максимальный размер зерна не должен быть больше трети ширины будущей ленты фундамента. Если планируется армирование, размер зерна не должен превышать 2/3 минимального расстояния между армирующими стержнями;
• оптимально наличие нескольких фракций (если не нарушено правило №1). В частном строительстве обычно применяют комбинацию мелкой и средней фракции, реже три фракции (от 10 до 70 мм).

Независимо от фракционного состава мелких гранул должно быть 1/3 или более от общего объема крупного заполнителя.

Наличие разных фракций важно для снижения пустотности, а значит – расхода цемента. В «полевых условиях» пустотность можно определить так:

1. Заполнить ведро (объем – 10 л) щебнем до края.
2. Заливать в ведро воду из мерной емкости. Объем потраченной воды займет все пустоты. Например, если в ведро со щебнем ушло 4 л воды, пустотность равна 4/10*100% = 40%.

Исходя из прочности, щебень также делят на марки. Примерное соответствие марок щебня и бетона представлено в таблице.

Щебень и гравий – плотные заполнителями (плотность более 2000 кг/м3). Альтернатива – пористые и специальные заполнители с меньшей плотностью.

Для легких бетонов применяют следующие виды заполнителя:

• пористые щебни – известняковый, шлаковый и керамзитовый;
• древесную стружку и пенополистирол;
• газообразователи (для сверхлегких материалов).

Технология получения легких и сверхлегких смесей отличается от тяжелых – приготовить такой бетон можно только в заводских условиях.

Все природные наполнители имеют слабый радиационный фон. Дешевый гравий с этой точки зрения более экологичен чем щебень. Минус гравия – меньшая прочность.

Вода

Воду добавляют не только для облегчения смешивания – в составе бетона она отвечает за пластичность. Вода должна быть чистой, без избытка солей или органического «мусора» – эти примеси негативно влияют на:

• прочность;
• время отвердевания;
• срок службы.

Вода для раствора бетона должна быть такой же качественной, как для питья – это не преувеличение. Не стоит использовать воду:

• из сомнительных источников;
• содержащую промышленные стоки;
• из стоячих водоемов (болот).

От расхода воды на кубометр (отношение вода/цемент) зависит пористость материала:

Теоретический расход определяют, исходя из требуемой пластичности и размера зерна наполнителя.

Говоря о расходе воды, не стоит забывать о влажности компонентов смеси. Влагу, пропитавшую цемент или доменный шлак не так просто посчитать, однако она может изменить пропорции не в лучшую сторону.

При смешивании опираются на табличные нормативы, контролируя при этом пластичность. Это можно проделать без каких-либо приспособлений, зачерпнув смесь обычной штыковой лопатой. Критерии здесь такие:

• раствор сам сползает с горизонтально расположенного полотна лопаты – очень пластичный бетон;
• раствор сползает при небольшом наклоне – среднепластичный;
• не сползает при наклоне – малоэластичный;
• лежит на полотне горкой – непластичный.

Набор прочности и марка бетона

Соединение компонентов бетона дает тестообразную смесь, которая отвердевает, превращаясь в камнеподобный материал. При нормальных условиях достигает марочной прочности через 28 дней (твердение бетона).

Из графика можно сделать такие выводы:

• прочность увеличивается, нелинейно, максимальная скорость приходится на первые 7 дней – за неделю материал набирает 40–45%;
• активный набор прочности продолжается 28 суток;
• после 28 суток прочность может незначительно увеличиваться.

Основное влияние на вид графика оказывает температура окружающей среды – при «минусе» прочность почти не увеличивается. Здесь рассказывается подробнее.

Как рассчитать состав бетона

В роли исходных данных выступают:

• прочность (класс или марка бетона);
• пластичность раствора.

Если компоненты уже определены сметой, сюда добавляют:

• марку цемента;
• тип и фракционный состав заполнителей.

Состав рассчитывают:

• по весу – чтобы узнать, сколько песка, цемента и щебня нужно купить;
• по объему – для смешивания: в кубах и ведрах.

Независимо от подхода к расчету, за единицу (одну часть) пропорций принимают цемент – все прочие компоненты выражают в долях объема или массы связующего.

Ниже представлен самостоятельный расчет, но если лень — можно воспользоваться готовым калькулятором. Он даже стоимость раствора посчитает.

Расчет состава бетона по весу

Для примера можно рассчитать состав среднепластичного бетона, прочность которого через 28 суток будет соответствовать марке М250.

Исходные данные:

• портландцемент М400;
• щебень с размером зерна до 40 мм (средняя фракция).

Алгоритм расчета такой:

Определить водоцементное отношение, исходя из заданной прочности и пластичности. Это можно сделать путем пробного замеса бетона, по формулам либо взяв готовые цифры из таблицы.

Согласно таблице отношение воды к цементу составляет 0,61.

Определить по таблице расход воды с учетом фракции щебня и пластичности – 190 л/м3.

Рассчитать массу цемента, необходимо для приготовления кубического метра бетона. Для этого разделить массу воды на водоцементное отношение. Масса воды равна ее объему (в силу плотности), соответственно расчет такой: 190/0,61 = 311 кг. Возможно, на данном этапе вам понадобиться узнать расход цемента на 1м3 бетона.

Определить пропорции щебня и песка, исходя из марок цемента и бетона. Для этого можно использовать такую таблицу №3:

Табличное отношение Ц:П:Щ = 1:2,1:3,9. Таким образом, масса песка 311*2,1 = 653 кг, масса щебня 279*3,9 = 1213 кг.

Результат: для приготовления 1 кубометра бетона М250 средней пластичности из цемента М400 и щебня 40 мм потребуется:

Количество добавляемой воды корректируют «на месте» исходя из пластичности смеси.

Пропорции в ведрах

Если для сметы компоненты удобно выразить в килограммах, то на стройплощадке проще оперировать пропорциями в ведрах. Объем можно вычислить, исходя из таблиц плотности цемента, щебня и песка. А можно использовать примерные рекомендации, согласно которым ведро 10 л вмещает:

• 13–15 кг цемента – зависит от рыхлости;
• 14–17 кг песка – при разном содержании влаги;
• 15–17 кг крупного наполнителя – разброс обусловлен пустотностью.

Эти цифры нельзя назвать точными – для строительства многоэтажных домов нужны более сложные выкладки. Однако эти соотношения явно выигрывают на фоне рекомендаций типа «чем больше цемента, тем прочнее бетон» и прочих спорных «рецептур».

Можно сразу считать пропорции для бетона в ведрах, но этот способ считается менее точным. Однако для него также существует таблица №4:

За одну часть цемента здесь приняты 10 л (1 ведро).

Их таблицы видно, что объем бетона на выходе меньше суммы объемов компонентов (даже без воды) – это связано с уплотнением в ходе перемешивания. При расчете принимают соотношение «суммарный объем компонентов*В = объем бетона, где коэффициент выхода В = 0,6–0,75.

Как приготовить бетон в домашних условиях

Небольшое количество бетона можно замесить вручную, без каких-либо приспособлений. Ускорить процесс поможет применение миксера, а если нужен большой объем качественного тяжелого бетона, необходима бетономешалка.

Как замешать бетон вручную

Чтобы сделать бетон самому, понадобится:

• емкость (корыто или старая ванная);
• лопата, мастерок или шпатель – в зависимости от размера емкости и объема смеси.

Алгоритм смешивания такой:

1. Высыпать в емкость весь песок и выкопать в нем небольшую бороздку.
2. Заполнить бороздку цементом и размешать – должна получиться однородная серая масса.
3. Смочить смесь водой и тщательно перемешать – до однородности и отсутствия комочков.
4. Добавить щебень и перемешать содержимое корыта так, чтобы каждый камень заполнителя был покрыт раствором – для этого нужно добавлять воду, следя за пластичностью.

Бетон готов к укладке, если:

• гранулы щебня полностью «увязли» в растворе;
• нет комков;
• достигнута нужная пластичность.

Если первый пробный замес сделан и точно известен объем воды, можно делать так:

1. Развести в емкости воду с цементом.
2. Засыпать туда заполнитель и перемешать.

Готовый раствор нужно как можно скорее укладывать в опалубку или на стяжку. Если помедлить, бетон может расслоиться (наполнитель выпадет в осадок, а вода выступит наверх) – свойства такого материала будут далеки от нормы.

Своими руками (без мешалки) можно приготовить раствор для отделки или легкой стяжки. Что касается миксера, то тяжелый (самый прочный) бетон только испортит насадку.

Замес бетономешалкой

Включив оборудование, нужно действовать по плану:

Залить большую часть расчетной воды (но не всю) в мешалку.

Добавить 1 часть расчетного объем щебня и прокрутить.

Засыпать весь цемент – бетономешалка начинает «пылить».

Засыпать весь песок и тщательно перемешать, можно использовать реверс (если есть).

Засыпать весь оставшийся щебень и перемешивать до однородности. При необходимости добавить немного воды или растворенный в воде пластификатор (если предусмотрен).

Раствор готов – он должен иметь нежидкую и не слишком «удобную» для укладки консистенцию. Дополнительно его можно укрепить защитив от влаги, например, жидким стеклом для бетона.

Автоматизированный замес позволит растянуть процесс укладки во времени – в мешалке бетон может крутиться до 1 часа без расслаивания. Однако правильнее замешивать бетон рядом с местом формования – это поможет избежать потерь в массе и качестве материала.

Приготовить бетон самому вполне реально, нужно лишь правильно выбрать пропорции и не переборщить с водой. Цель – не пластичный «красивый» раствор, а прочный материал, который простоит не одно десятилетие.