Приготавливаем жаропрочный бетон своими руками: Пропорции и инструкция – Обзор

Температурные режимы при бетонных работах

Физико-химические процессы в бетоне

Твердение бетонного камня происходит вследствие химического взаимодействия его компонентов.

Бетон представляет собой смесь из четырех основных компонентов, которые обеспечивают ему необходимые характеристики. Назначение и участие каждого из этих компонентов в тех или иных процессах рассмотрены в таблице:

Компонент	Назначение и процессы
Цемент	Необходим для связывания наполнителей и образования цементного камня. Участвует в реакции гидратации совместно с водой, при этом выделяется тепло в окружающее пространство
Вода	Является несущей средой для смешивания и равномерного распределения компонентов смеси по объему, а также она необходима для затворения цемента. Участвует в реакции гидратации совместно с цементом для образования цементного камня
Песок	Является мелким заполнителем, который необходим для заполнения пустот между зернами щебня. Участвует в процессе перераспределения нагрузок от внутренних напряжений при твердении цементного камня, играет роль мелкозернистого каркаса и защищает материал от образования трещин
Щебень	Является крупным заполнителем и используется для экономии цемента, а также для создания крупнозернистого каркаса, препятствующего растрескиванию смеси при твердении. Участвует в процессе распределения нагрузок от внутренних напряжений

Как видим, основные компоненты, обеспечивающие протекание реакции твердения (гидратации) — это вода и цемент.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла.

Основой образования бетонного камня является реакция гидратации цемента, при которой сначала образуется цементное молоко, которое затем достаточно быстро схватывается и образует монолитную камнеподобную структуру. Песок и щебень здесь нужны для обеспечения физических процессов внутри смеси, связанных с перераспределением нагрузок и внутренних напряжений.

Бетон, приготовленный своими руками, твердеет по такому же принципу.

Оптимальный режим

На фото бетонировка происходит в летнее время, которое лучше всего подходит для этого вида работ.

Реакция гидратации цемента неприхотлива и позволяет определить, при какой температуре можно бетонировать, в достаточно широком диапазоне – от 0 до 90 градусов Цельсия. Однако на практике для обеспечения адекватных условий твердения и возможности выполнения работ этот диапазон сокращается от 4 до 30 градусов.

Укладка в помещении является наиболее оптимальной.

Очевидно, что достичь таких условий можно только при стабильной летней погоде или в помещении. Именно поэтому при проведении наружных работ укладывать бетон всегда стараются в летнее время при сухой и не сильно жаркой погоде.

Нормальный режим

Строительство крупных объектов часто не укладывается в рамки одного сезона.

Практика строительства такова, что в реальных условиях далеко не всегда удается организовать работы таким образом, чтобы всегда соблюдались оптимальные условия бетонирования. Поэтому чаще всего приходится говорить о нормальном режиме, при котором возможна работа как в теплое, так и в холодное время года.

Холодным принято считать такое время, при котором температура воздуха опускается ниже +10 градусов. Сразу следует указать, при какой температуре нельзя бетонировать: без дополнительного обогрева нижний предел температуры составляет +4 градуса, с натяжкой можно сказать, что крайним значением является 0 градусов, хотя инструкция такие натяжки исключает.

Межсезонье – не лучшее время для работ.

Также следует учитывать, что для набора марочной прочности бетонное изделие должно простоять как минимум 28 дней при нормальной температуре, а если температура понижена, этот срок заметно возрастает. Поэтому если вы планируете сразу после заливки фундамента выполнять кладку стен, рекомендуем вам бетонировать не позже конца августа – середины сентября.

Работа в жаркое время также накладывает определенные условия: слишком активное испарение влаги приводит к ее недостатку и понижению качества изделия, а также влечет появление поверхностных трещин.

Для того чтобы избежать таких последствий, необходимо ухаживать за бетоном после укладки:

• увлажнять его;
• защищать от сухого ветра;
• прямых солнечных лучей.

Уход за бетоном особенно необходим в жаркое время.

Во время дождя следует следить за тем, чтобы в свежий бетон не попадало много воды, иначе будет нарушено водоцементное отношение и материал потеряет прочность. Для этого опалубку после заливки накрывают водонепроницаемой пленкой или другим материалом, препятствующим попаданию воды.

Во время дождя свежий бетон накрывают пленкой.

Поведение во время пожара

Капиллярная и интерстициальная вода начинает испаряться при температурах вокруг точки кипения воды (100 ºC). Цементная матрица начинает меняться при температуре около 700 ° C. Влияние заполнителей в основном зависит от их происхождения и начинается при температуре около 600 ° C.

Огнестойкость определена как способность структуры выполнить свои необходимые функции для определенной выдержки пожара и определенного периода (герметичности).

Огнестойкость относится к элементам здания, а не к самому материалу, но свойства материала влияют на производительность элемента, частью которого он является. В большинстве случаев температура огня быстро повышается в течение нескольких минут, что приводит к появлению взрывного споллинга, так как влага, присущая бетону, превращается в пар и расширяется.

Большинство бетонов содержат портландцемент или смешанный портландцемент, который начинает ухудшаться по отношению к температуре выше 300 °C и начинает терять структурные характеристики выше 600 °C. Конечно, глубина ослабленной бетонной стены может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в зависимости от продолжительности пожара и пиковых температур. Цемент глинозема, используемый для того, чтобы защитить тугоплавкие подкладки, достигая температуры 1 ‘600 °C, является лучшим возможным материалом в пожаре и обеспечивает превосходную жаростойкость при температуре около 1’ 000 ° C.

Влияние огня на бетон в значительной степени зависит от типа используемого грубого заполнителя. Бетон, содержащий карбонатные заполнители (включая известняк и доломит) и легкие заполнители (естественно происходящие или изготовленные путем расширения сланца, глины или шлака) сохраняют большую часть своей прочности на сжатие до 700 ° C. Однако бетон, содержащий кремнистые заполнители, такие как гранит, кварцит, сланцы и другие материалы, состоящие в основном из кремнезема, сохраняет только около 55% их прочности на сжатие при 700 ° C.

Повреждение бетона, вызванное пожаром, может варьироваться от незначительных косметических пятен до более серьезных повреждений, таких как внешнее растрескивание, расслоение и споллинг, внутренний микрокрак и химические изменения. Наиболее важным фактором является выбор компонентов.

Дифференциальное термальное движение между затиром цемента и композитом может стать причиной повреждения. Кварцит наиболее подвержен повреждению огнем путем растрескивания. Известняк показывает лучшую огнестойкость, подвергаясь воздействию пожара низкой температуры.

Выбор заполнителя будет влиять на тепловые напряжения, которые наблюдаются при нагреве бетонной конструкции в значительной степени. Элементы карбонатного типа, такие как известняк, доломит или лимерок, как правило, лучше сохраняются под воздействием огня, поскольку они кальцинируют при нагревании, освобождая CO2. Этот процесс требует тепла, поэтому реакция поглощает некоторую экзотермическую энергию огня. Элементы, содержащие диоксид кремния, как правило, сохраняются хуже в огне. Волокна полимера или полипропилена могут значительно внести вклад в уменьшение растрескивания и таким образом улучшить огнестойкость бетона.

В условиях, когда риск обрушения конструкции недопустим, проектировщики изучают другие способы защиты бетона от воздействия пожара. Альтернативы варьируются от локального утолщения бетона, облицовки с использованием тепловых экранов, покрытых специальной краской, использования систем защитных досок до распыления легких растворов. Назначение этих пассивных систем противопожарной защиты зависит от типа здания, а также защищаемой формы.

Классификация

Существует несколько видов жаропрочного бетона, который еще называют огнеупорным или жароустойчивым. В состав материала входят специальные огнеупорные добавки. Основным вяжущим компонентом при производстве жаропрочного бетона выступает портландцемент. В качестве наполнителей здесь могут использоваться: доменные шлаки, отсевы горных пород (диабаз, андезит, пористые породы вулканического происхождения, диорит, искусственные наполнители), доменные шлаки.

Разделяют материал на отдельные классы согласно:

1. Структуре (тяжелый, легкий, пористый).
2. Назначению (теплоизоляционный, конструкционный).
3. Характеру наполнителей.
4. Используемым вяжущим компонентам.

Технические характеристики

Приготовленный с использованием портландцемента в качестве связующей основы огнеупорный бетон обладает классическим индексом прочности. При проведении теста на сдавливание граничными оказываются показатели в пределах от 200 до 600 МПа/см2.

Проявления термической стабильности наблюдаются при достижении температур не более 500 оС. Продолжительное воздействие на материал открытого пламени или длительный контакт с раскаленными поверхностями значительно снижает прочностные показатели цемента и нередко вызывает возникновение дефектов.

Наиболее огнеупорные бетоны, приготовленные на основе глинозема, способны выдерживать любые бытовые температуры. Насыщенные по составу глиноземистые покрытия отличаются термической стабильностью порядка 1600 оС и выше. Постепенное повышение температуры приводит в данном случае к увеличению жаропрочности, поскольку происходит преобразование цементной массы в керамическое состояние.

Впрочем, несмотря на высокую устойчивость к воздействию повышенных температур, глиноземистый огнеупорный бетон обладает сравнительно низкой прочностью. Материал, изготовленный с использованием таких компонентов, выдерживает давление механического характера на уровне до 25-35 МПа/см2.

Приготовление состава

Как же создать огнеупорный бетон, прибегая к изготовлению смеси своими руками? Для этого используется вода, вяжущие компоненты и различные жаропрочные наполнители. Процесс изготовления имеет свои отличительные особенности. Используемые составляющие должны отличаться особой чистотой. Кроме того, исключается засорение огнеупорных и тугоплавких составляющих песком, известняком или гранитом.

Допущение подобных промашек в технологии производства нередко приводит к быстрому разрушению материала.

Методики изготовления

Существует несколько способов производства жаропрочного бетона своими руками. Прежде всего, получить материал можно, используя готовую сухую смесь, которая обладает всеми нужными составляющими. Более сложный вариант предполагает самостоятельное смешивание компонентов в необходимых пропорциях.

Оптимальным решением является применение первой методики, поскольку при производстве жаропрочных смесей в заводских условиях используются наилучшие компоненты. К тому же в данном случае тщательно соблюдается технология изготовления. В результате потребитель получает возможность использовать готовую к применению смесь наивысшего качества. Достаточно лишь добавить растворитель или воду.

При самостоятельном изготовлении для приобретения материалом огнеупорных качеств в смесь целесообразно добавлять следующие компоненты тонкого помола: андезит, шамотный бой, хромитовую руду, магнезитовый цемент. Результатом правильного подбора ингредиентов и соблюдения пропорций становится материал, который выдерживает повышенные температуры, не разрушаясь.

Инструменты и материалы

Прибегая к собственноручному изготовлению огнеупорного бетона, можно заметно сэкономить, отказавшись от услуг мастеров. Однако прежде чем приступать к изготовлению смеси, рекомендуется подготовить необходимые инструменты и материалы. Здесь потребуется следующее:

• оборудование для смешивания компонентов бетона;
• лопатка-кельма;
• тачка для транспортировки материалов;
• совковая лопата;
• распылитель для воды;
• деревянная опалубка, формы для разливки;
• песок, гравий, гашеная известь, жаропрочные компоненты;
• портландцемент.

Особенности изготовления

При изготовлении огнеупорного цемента в бетономешалку помещаются предварительно подготовленные сухие компоненты (соотношение цемент-песок составляет 1:4). После формирования однородной смеси добавляется вода в количестве, необходимом для достижения тестообразной консистенции. Так как огнеупорные строительные основы отличаются специфическими характеристиками вязкости и быстро затвердевают, добавляя воду, лучше ориентироваться на рекомендации изготовителя цемента.

Готовую смесь распределяют по формам, заливают в опалубку или используют в качестве вяжущего материала при кладке огнеупорного кирпича. Применяя глиноземистые наполнители, после добавления воды действуют крайне оперативно, что позволяет избежать преждевременного схватывания раствора.

https://youtube.com/watch?v=04jyMhBzxYo

В завершении работ рекомендуется тщательно очистить и вымыть оборудование. Соскрести застывший огнеупорный материал с инструментов на следующие сутки станет крайне непростой задачей.

При необходимости подготовки незначительных объемов раствора с использованием портландцемента смешивать компоненты можно вручную. Удобно использовать для этого широкие емкости – глубокие тазы, ванны, корыта.

Огнестойкость ячеистых бетонов

Как уже было сказано выше, чем меньше плотность материала, тем он более устойчивый к воздействию пожара. Поэтому предел огнестойкости газобетонных блоков и других изделий из ячеистого бетона более высокий.

Согласно многочисленным исследованиям, которые были проведены шведским техническим университетом, а также и финским техническим центром, при нагревании,прочность ячеистого бетон аизменяется следующим образом:

• Повышение температуры до 400 градусов –прочность материала увеличивается до 85 процентов.
• Разогрев до 700 градусов – прочность снижается до первоначальных показателей.
• Разогрев до 1000 градусов –прочность падает на 86 процентов и этот показатель стабилизируется.

Таким образом, предел огнестойкости пенобетонных блоков составляет около 900 градусов. Для сравнения, обычный бетон при температуре около 400-700 градусов теряет основную часть своей прочности.

Пенобетонный блок

Поэтому данный материал получил широкое распространение при строительстве зданий, в которых планируется повышенный уровень пожароопасности.

Характеристики, состав, технология изготовления

Чтобы получить качественный архитектурный бетон своими руками, надо знать требования, которым он должен соответствовать. Его характеристики зависят от технологии и от компонентов, использованных для производства. Для этого материала свойственна:

• белизна, она должна находиться в определенных пределах: от 68 до 85%;
• время схватывания смеси — максимум 15 часов до набора номинальной прочности;
• прочность на сжатие: после трех суток 39 МПа, через 4 недели — 59 МПа;
• морозостойкость: минимальная — F100.

Интересная особенность архитектурного бетона — большая прочность и скорость схватывания белых или цветных растворов.

Состав архитектурного бетона

Его состав от компонентов простой цементно-песчаной смеси отличается не слишком сильно.

1. Главный вяжущий ингредиент любого бетона — портландцемент. Для изготовления этой его разновидности используют белый либо светло-серый материал, но последний — гораздо реже. Марки — М400 либо М500. Серый цемент приобретать нежелательно: изделие получится блеклым. Примеси, комки не допускаются. В исключительных случаях используют белый цемент М600 либо М700.
2. Чаще в качестве наполнителя выступает кварцевый песок, иногда — мраморная, гранитная крошка или стеклянный порошок (5%). В самых крайних случаях добавляют мелкофракционный щебень определенного цвета, гальку, гравий, ракушки. Задача наполнителей — обеспечение нужного оттенка, фактуры, прочности.
3. Модификаторы. В роли присадок используют пластификаторы (0,5%), гидрофобизаторы, противоморозные добавки, замедлители/ускорители затвердевания.
4. Пигменты дают возможность получить изделие любого цвета. Их обычно вводят в состав бетона на этапе замешивания раствора.
5. Армирующие добавки, обычно фиброволокна (600 г на 1м3). Они значительно повышают прочность конструкций.
6. Вода, очищенная, без примесей.

На соотношение всех компонентов влияет вид будущих изделий, их требуемые качества, условия эксплуатации (помещение, улица), марка цемента, а также тип формовки. Пропорции, использующиеся чаще всего, таковы:

• цемент (М500) — 1 часть;
• вода — 2;
• песок — 3.

Процент содержания красителя — 2-5. Для получения насыщенного цвета добавляют максимальное количество (5%). Иногда пигменты вовсе не добавляют, а окрашивают уже готовые бетонные конструкции. Так делают, когда хотят обеспечить их максимальную прочность.

Различные модификаторы вводят в таком количестве, которое рекомендовано производителем используемого материала. Специальные сухие смеси для изготовления архитектурного вида бетона можно купить готовыми.

Архитектурный бетон своими руками

Если запланировано изготовление малых форм, которые не потребуют значительного количества смеси, то сделать архитектурный бетон своими руками можно без особых проблем. Технология изготовления этого строительного материала мало отличается от приготовления обычного серого раствора.

1. Сухие ингредиенты просеивают через сито с мелкими ячейками (1,5х1,5 мм). Цемент (в сухом виде) тщательно смешивают с песком.
2. Затем добавляют другой наполнитель, пигмент, модификатор, фиброволокно. Сухой состав перемешивают до получения абсолютной однородности.
3. В центре емкости делают углубление, в которое небольшими порциями вливают воду. Смесь доводят до требуемой консистенции.

Качество полученного раствора проверяют простым способом: берут немного раствора, затем сжимают его в кулаке. Если между пальцами появилась вода, то досыпают небольшое количество песка. Когда после разжимания кулака раствор кажется слишком рыхлым, или вовсе старается рассыпаться, маленькими порциями добавляют воду.

Приготовленный раствор заливают в формы. Чтобы предотвратить образование пустот, его уплотняют. Дальнейшие работы можно продолжать спустя 48 часов, однако для полного набора прочности бетону требуется не менее 28 суток.

С помощью чего и где замешивать бетон?

Как ни крути, а для замешивания бетона лучше всего использовать специальные для этого придуманные бетономешалки. Только так можно быстро и качественно перемешать все компоненты и доставить бетон до места назначения, прежде чем он начнет схватываться и расслаиваться. Ручной способ по старинке в кадке не особенно подходит для более-менее больших объемов. При этом нет возможности контролировать перемешивание и добавление ингредиентов так, чтобы это происходило согласно рецепту. Последнее утверждение требует уточнений. Ведь многим не понятно, как, если все делается руками и под постоянным надзором, можно нарушить рецептуру и испортить бетон.

Все очень просто. Есть два варианта изготовления бетона своими руками:

1. В первом случае сначала все ингредиенты или, по крайней мере, цемент с песком смешиваются в сухом виде, а потом только заливается вода.
2. Во втором случае в налитую и отмеренную по количеству воду засыпаются цемент, песок и заполнитель.

При сухом перемешивании вроде как материалы и распределяются равномерно, однако при добавлении воды и ручном перемешивании нет никакой гарантии, что весь объем промокнет быстро и качественно. В результате получается что на дне остается сухой не перемешанный состав, а следовательно нарушение пропорций. Если тщательно и долго перемешивать для того, чтобы не осталось сухих комков, то пройдет слишком много времени, и опять-таки раствор начнет схватываться и расслаиваться. На внешний вид это не повлияет, а вот на прочность – да. При добавлении всего в воду опять-таки цемент будет слишком долго замешиваться и не сможет должным образом сцепиться впоследствии с наполнителями. Второй вариант хоть немного, но лучше первого, так что именно так и следует замешивать бетон в малых количествах.

Итак, вариант ручного замеса не особенно хорош. Лучше все-таки взять в аренду бетономешалку, или приобрести и замешивать все в ней. Располагать бетономешалку следует не далее 40 метров от места, где будет использоваться бетон. Это не позволит бетону расслоиться при транспортировке и замесе. Все ингредиенты также должны быть рядом или, по крайней мере, частями доставлены к бетономешалке.

Характеристики: плюсы и минусы

Не только из-за привлекательной внешности новый материал ценится строителями: как профессионалами, так и любителями. В «превосходном списке» декоративной разновидности следующие качества:

1. Стойкость к жаре и холоду. Ему ни страшны перепады: ни максимально низкие температуры (-50°), ни аномально высокие (+50°). Он выдерживает около 300 циклов замораживания/разморозки.
2. Высокая сопротивляемость ударным нагрузкам, сжатию, изгибанию и истиранию. Этими характеристиками материал обязан высококачественным пластификаторам, другим добавкам.
3. Нейтральность к жирам, нефтепродуктам, кислотам, щелочам и другой продукции химической промышленности.
4. Антистатичность: бетон не накапливает электрический заряд, поэтому почти не притягивает пыль.
5. Стойкость к ультрафиолету: цветному бетону не страшны солнечные лучи, он не выгорает.
6. Максимальная прочность, если сравнивать декоративный вид с обычной цементной смесью.

Если попробовать поискать недостатки, то обнаружится всего один существенный минус. Это высокая стоимость работ, особенно когда речь идет о печатном виде декоративного бетона. Те, кто уже «обзавелся» декоративным бетонным покрытием, сделанным профессионалами или своими руками, отмечают еще одну особенность. Бетон боится металлических лопат, которыми убирают снег. Такие инструменты оставляют на нем царапины. По этой причине рекомендуют использовать не «железяки», а только пластмассовые изделия.

Главные ингредиенты

Главная характеристика бетона – прочность на сжатие, измеряемая в мегапаскалях (МПа). Именно от нее зависит класс материала. Используя специальные добавки в определенных пропорциях, изготовить бетон своими руками будет довольно просто.

Цемент и песок

Основным компонентом бетона является цемент, так как именно он связывает все остальные ингредиенты в единую массу. Для изготовления бетонного раствора стоит выбрать портландцементы, отличающиеся высоким содержанием силикатов кальция. Однако в зависимости от решаемых задач могут использоваться и другие виды цемента. Например, при строительстве частных домов чаще всего применяется марка 500.

Портландцементы обладают не только хорошей адгезией, но также позволяют проводить строительные работы при низких температурах. Однако в такой ситуации предстоит использовать специальные добавки. Если строительство проходит в теплое время года, то стоит применять шлакопортландцемент

При покупке материала, обязательно нужно обратить внимание на его сыпучесть, и если цемент отсырел, то применять его нельзя

Песок является вторым важным компонентом для изготовления материала. Желательно, чтобы этот материал имел фракцию 1,5-5 мм. Оптимальным выбором станет речной песок. Хотя его стоимость и выше в сравнении с карьерным, размеры частиц отлично подходят для решения поставленной задачи. Если бетон создается для возведения фундамента, то допускается наличие в песке глины.

Щебень и гравий

Именно благодаря этим заполнителям бетон и приобретает основную прочность

Однако при выборе пород крайне важно учитывать их характеристики. Зачастую в строительстве применяют керамзит или другие аналогичные материалы

Размер щебня и гравия может находиться в пределах 8-35 мм. Более крупная порода иногда применяется в промышленном строительстве, но довольно редко. Чтобы сделать хороший бетон своими руками стоит использовать заполнитель, содержащий частицы разных размеров.

Можно смешивать средний гравий с крупным. Это связано с тем, что у домашних мастеров не всегда есть профессиональный инструмент для утрамбовки бетона. Наличие в его составе частиц разных размеров позволит обеспечить их более плотное прилегание

Также во время приготовления бетона стоит уделить внимание выбору воды, в которой не должно содержаться кислотных либо щелочных включений

Специальные добавки

Иногда в бетон добавляют гашеную известь, чтобы раствор было проще укладывать. Однако следует помнить, что это вещество может помещать цементу нормально связываться с заполнителями и прочность материала в такой ситуации снизится. Изменить показатель текучести раствора можно с помощью пластификаторов. Однако если бетон планируется использовать для заливки фундамента, эти добавки можно не применять.

Некоторые добавки позволяют придать бетону уникальные свойства. Например, есть вещества, ускоряющие процесс набора прочности раствором в холодную погоду. Для увеличения показателя армированности в строительстве используются специальные добавки. Например, при создании тонкой стяжки в раствор добавляется поливинилхлорное либо полипропиленовое волокно. Это добавки довольно мягкие, они не отличаются особой прочностью, но позволяют избежать растрескивания бетона.

Замес в бетономешалке

Замес в бетономешалке

Бетономешалку устанавливают не далее, чем в 40 метрах от рабочей площадки, желательно рядом с песком и щебнем. Это позволит быстрее выполнять работу и облегчит процесс доставки раствора. Теперь можно приступать к замесу:

• в бетономешалку льют чуть меньше воды, чем нужно;
• засыпают необходимое количество цемента;
• добавляют песок и перемешивают около 3 минут;
• всыпают, если нужно, пластификаторы и другие добавки;
• последним всыпают щебень и перемешивают 10 минут.

Если полученный бетон слишком густой, в оставшуюся воду добавляют немного цемента, хорошо перемешивают и вливают в бетономешалку. Мешать раствор больше 10 минут не рекомендуется, иначе цемент начнет схватываться. Готовый бетон выливают сразу на площадку или в тачку, если бетономешалка находится на расстоянии. Желательно вылить весь раствор сразу, но если так не получается, часть массы оставляют во включенной бетономешалке. Использовать ее следует как можно скорее.