Теоретические расчеты железобетонных конструкций - это конечно хорошо, но без правильно приготовленного, уложенного и уплотненного бетона большого смысла в таких расчетах нет.

Конечно же самый лучший способ - это купить готовую бетонную смесь (БСГ) на ближайшем бетонном заводе или заказать доставку и изготовление бетонной смеси в автобетоносмесителе - миксере. Или купить сухую бетонную смесь (БСС). Преимущества сухой или готовой к применению бетонной смеси, приготовленной централизованным способом очевидны. Такая бетонная смесь будет иметь максимально возможную однородность, удобоукладываемость, требуемую дозировку компонентов, что в итоге обеспечит прочность бетона максимально близкую к расчетной.

Однако такая возможность есть далеко не всегда. То ли бетонный завод далеко, то ли слухи о низком качестве бетона этого завода распространяются намного дальше радиуса обслуживания. А иногда в больших объемах бетона просто нет необходимости.

В таких случаях бетон приготовляется непосредственно на строительной площадке. И тогда основными дозаторами компонентов в лучшем случае становятся ведро, лопата или мастерок, а в худшем дозировка компонентов выполняется просто на глаз или по заветам никому точно не известного, но всем хорошо знакомого мастера, сыпавшего на ведро песку два ведра щебня, полведра цемента и заливавшего все это половиной ведра воды и таким образом приготовлявшего бетон любой марки. При такой дозировке может получиться как бетон класса В15 так и бетон класса В25. Почему, узнаем чуть ниже, а пока рассмотрим основные методы подбора состава бетона.

На сегодняшний день существует два основных метода расчета состава бетонной смеси: простой и сложный. Суть простого метода сводится к тому, чтобы сильно не париться и приготовлять бетонную смесь, воспользовавшись одной из подобных таблиц:

Таблица 256.1. Примерные пропорции для бетонной смеси на цементе М400

И хотя в подобных таблицах не указывается количество воды, а в данном случае и примерные пропорции при использовании цемента М500, тем не менее подобные таблицы имеют очень хорошую наглядность. А если помнить, что водоцементное отношение В/Ц составляет 0.4-0.7, т.е. на каждый литр цемента добавляется 0.4-0.7 литра воды, а если используется цемент М500, то количество цемента нужно умножить на поправочный коэффициент 0.88, с использованием такой таблицы проблем не будет.

Также можно воспользоваться одним из калькуляторов, широко представленных в сети, но для этого желательно знать, что такое удобоукладываемость, осадка конуса, время набора проектной прочности и другие полезные вещи, которые следует учитывать при расчете состава бетона.

Сложный метод расчета подразумевает учет всех возможных характеристик будущих заполнителей, частично упомянутых выше. Дело в том, что точный расчет бетона, являющегося композитным анизотропным материалом - достаточно сложная задача, одних СНиПов и ГОСТов, посвященных расчету бетона - десятки, если не сотни, и потому строительными нормами рекомендуется производить предварительный расчет состава бетона, затем изготавливать пробные партии бетона по данному составу, подвергать бетон после набора прочности необходимым испытаниям и после этого вносить корректировки в расчет. Все это делается для того, чтобы подобрать оптимальный состав бетона, при требуемой прочности и удобоукладываемости. Ведь когда речь идет о тысячах кубометров, экономия 5-10 кг цемента на 1 м³ является значительной.  Понятное дело, что когда строится небольшой дачный домик силами двух мужиков, приезжающих на дачу только на выходные, никто такими глупостями заниматься не будет. Погружаться на несколько дней в тонкости точного расчета, пока цемент в кладовке подмокает и портится, а соседи так и норовят растащить щебень и песок - занятие приводящее не к экономии, а к растранжириванию строительных материалов.

Предлагаемый мной метод расчета не является ни точным, ни простым, ни сложным, но на мой взгляд позволяет относительно быстро рассчитать пропорции бетонной смеси для ее приготовления на строительной площадке с максимальным учетов различных особенностей заполнителей. Если нет большого желания читать всю статью, то достаточно посмотреть пример расчета состава бетонной смеси, выделенный в тексте коричневым цветом. Но сначала

Состав бетона. Общие понятия.

Похоже, что знанием о пропорциях бетонной смеси обладали наши далекие предки и если бы сказители больше внимания уделяли не идеологии, а технологии, то расчет бетонной смеси не представлял бы больших проблем. Основанием для такого предположения является сказка, в которой повествуется о том, как хозяин несколько раз накормил работника сначала мясом, затем кашей, а в конце, напоив его вином, не выдержал и спросил: "Как же так получилось, что после каждого блюда ты говорил, что сыт, а еще и добрый литр вина выпил?" На что работник ответил очень образно, а именно: принес ведро, насыпал в него камней до краев и спросил: "Это ведро полное?" "Да" - ответил хозяин. Затем работник принес песку, всыпал его в ведро и спросил: "Это ведро полное?" "Да" - ответил хозяин. Затем работник принес воды, влил ее в ведро и спросил:  "А теперь это ведро полное?" "Да" - ответил хозяин. К сожалению авторы сказки пропустили цемент, не указали фракцию щебня и вообще пропорции компонентов, поэтому теперь каждый раз приходится рассчитывать состав бетонной смеси.

Под тяжелым бетоном как правило подразумевается "бетон конструкционный на цементных вяжущих, на плотных заполнителях, плотной структуры, естественного твердения". Именно такой бетон как правило замешивается на строительной площадке для заливки фундамента, стягивающего пояса, монолитной плиты перекрытия или перемычек. В состав бетонной смеси для приготовления тяжелого бетона входят 4 основных компонента: цемент (Ц) - вяжущее, вода (В) - затворитель, песок (П) - мелкий заполнитель, щебень (Щ) или гравий (Г) - крупный заполнитель. Всего то и нужно - определить количество каждого из компонентов в будущем бетоне и сделать это не так уж и сложно, главное - понимать, зачем каждый из компонентов нужен, и почему столько внимания уделяется пропорциям компонентов. 

Бетон - это искусственный камень, который должен обладать требуемыми проектным расчетом качествами. Одно из главных качеств бетона - прочность, точнее расчетное сопротивление сжатию. В состав бетона входят натуральные камни - щебень или гравий, получаемые путем добычи и обработки горных пород - крупные заполнители. Они как раз и обеспечивают необходимый запас по прочности. Другими словами, чем больше прочность зерен щебня, тем больше общая прочность бетона. Все остальные компоненты - цемент, вода и песок - нужны для того, чтобы должным образом скрепить зерна щебня и получить таким образом монолитную конструкцию. Таким образом бетон напоминает каменную кладку на цементно-песчаном растворе (а исторически бетон и появился в результате совершенствования каменной кладки). При этом цементно-песчаный раствор также должен обладать определенной прочностью, чтобы обеспечить требуемую прочность бетона.

Цемент после затворения водой постепенно образует искусственный камень. Процесс этот происходит очень долго, а люди долго ждать не любят, поэтому при изготовлении бетона следует учитывать, когда бетон должен набрать проектную прочность. Чаще всего бетон рассчитывается на проектную прочность в возрасте 28 суток, но иногда, если нет большой спешки, то можно рассчитывать бетонную смесь с учетом того, что проектная прочность будет достигнута через 90 и даже через 180 дней. В этих случаях цемента потребуется меньше.

Многие виды цементов, используемых в гражданском строительстве, являются усадочными, т.е. объем цементного камня со временем будет уменьшаться и цементный камень будет трескаться. Чтобы минимизировать образование трещин и тем самым увеличить прочность цементного камня, добавляется мелкий заполнитель - песок.

Кроме вышеуказанных компонентов в состав бетона для обеспечения других требуемых качеств, например, морозостойкости или жаропрочности, могут входить разного рода минеральные или химические добавки. Количество этих добавок при расчете бетонной смеси также следует учитывать.

Одним из важнейших качеств бетонной смеси является удобоукладываемость. Чем более пластичной будет смесь, тем проще будет ее уложить и уплотнить и тем меньше будет вероятность наличия воздушных пустот, значительно снижающих общую прочность бетона. Удобоукладываемость зависит от состава и свойств заполнителей, но чем больше будет содержание воды, тем лучше будет удобоукладываемость. Однако при слишком большом количестве воды смесь будет расслаиваться, а значит полученный бетон будет очень неоднородным и общая прочность бетона будет меньше расчетной. Минимальное количество воды, необходимой для обеспечения требуемой удобоукладываемости называется водопотребностью.

Существует классификация бетонных смесей в зависимости от удобоукладываемости. Согласно ГОСТ 7473-94 "Смеси бетонные. Технические условия" бетонные смеси делятся на три основных группы: подвижные (П), жесткие (Ж) и сверхжесткие (СЖ). При приготовлении бетонной смеси на строительной площадке нет смысла использовать жесткие и сверхжесткие смеси, вполне достаточно подвижных смесей. Каждая группа дополнительно подразделяется на марки. Для подвижных смесей приняты следующие марки по удобоукладываемости с соответствующей осадкой конуса:

Таблица 256.2. Марки по удобоукладываемости (согласно ГОСТ 7473-94)

Осадка конуса означает, на сколько сантиметров просядет через некоторое время после снятия конуса бетонная смесь. Для проверки в заводских и лабораторных условиях используется специальный стандартный конус, размеры которого должны соответствовать ГОСТ 10181.1-81 "Смеси бетонные. Методы определения удобоукладываемости". Стандартный конус должен иметь верхний диаметр ~ 10 см, нижний диаметр ~ 20 см, высоту ~ 30 см и специальные ручки для удобства снимания. А есть еще и увеличенный конус. Однако в условиях строительной площадки необходимости в столь точных приборах нет и если уж так необходимо приблизительно определить осадку конуса, то можно воспользоваться обычным металлическим ведром без дна. Для этого в перевернутое ведро, установленное на металлический лист так, чтобы ведро как можно плотнее примыкало к листу, насыпается в три захода приготовленная бетонная смесь, каждый слой смеси уплотняется, затем ведро аккуратно снимается и определяется осадка конуса.

Так как и щебень и песок могут иметь разные размеры зерен, к тому же форма зерен редко приближается к правильной геометрической, и зерна заполнителя имеют различную шероховатость, игольчатость, лещадность, и т.п., то и количество цемента, необходимого для того, чтобы прочно скрепить эти зерна, требуется разное количество. А еще и щебень и песок практически никогда не являются идеально чистыми, а по вполне понятным технологическим причинам имеют некоторое количество примесей. Чем таких примесей больше, тем хуже будет сцепление зерен и потому цемента при большом количестве примесей потребуется больше.

В итоге следует определить пропорции воды, цемента, щебня и песка (В:Ц:Щ:П) с учетом вышеперечисленных факторов. Сделать это достаточно точно позволяют накопленный практический опыт и теоретические наработки. Учеными и инженерами, не одно десятилетие занимавшимися изучением свойств бетона, составлены разного рода таблицы и графики, позволяющие сделать расчет достаточно просто и быстро. Как пример, таблица 256.1.

А теперь рассмотрим следующую ситуацию: На стройплощадке есть бетономешалка - гравитационный бетоносмеситель, с объемом бака -140 литров, объемом готовой смеси 70 л, цемент в мешках, пролежавший более года со дня изготовления, песок, щебень с максимальными размерами зерен около 40 мм, ведра, лопаты. Дозирование компонентов будет производиться не по массе, а по объему, в качестве дозатора будет использоваться 10-литровое ведро.

Требуется залить бетоном перемычку длиной 3 м, шириной 0.4 метра и высотой 0.21 м. Объем арматуры составит 3.14х0.018²х4х4/4 = 0.0041 м³. Тогда объем бетона для такой перемычки составит 3х0.4х0.21 - 0.04 = 0.248 ≈ 0.25 м³. Если будет использоваться также поперечная арматура и конструктивное армирование верхнего слоя, то бетона потребуется еще меньше, но не будем так уж глубоко влезать в детали. Расчетом определен требуемый класс бетона для перемычки В25, а также рабочая арматура - 4 стержня d=18 мм. Подробности устройства опалубки и выставления арматуры здесь не рассматриваются предполагается, что все это уже сделано.

Читать дальше