Приготовление бетонной смеси Бетон состоит из смеси цемента, заполнителя и воды. Цемент - гидравлическое вяжущее вещество при перемешивании с водой и твердении в течение определенного срока на воздухе или под водой превращается в нерастворимый в воде материал. Заполнитель - песок и щебень (природный или искусственный) различных фракций. Укладывая бетон в форму, ему после твердения придают определенную форму. Для строительства индивидуальных домов бетон готовят различными способами: начиная от замеса вручную или в небольших бетономешалках и кончая изготовлением его в заводских условиях. Вследствие его широкого применения о нем сложились самые различные понятия, в связи с чем в процессе строительства допускают характерные ошибки. На площадке, где ведется строительство хозяйственным способом, нельзя осуществлять надлежащий контроль качества бетона. В большинстве случаев приготовлением, транспортировкой, укладкой и уходом за бетоном занимаются неспециалисты, вследствие чего редко соблюдаются относящиеся к этому виду работ технические требования. Бытует мнение, что рабочие строительной промышленности, выполняя для индивидуального строительства значительный объем работ, обеспечивают такое же их качество, как и у себя на предприятии. Это верно лишь отчасти, поскольку налицо существенная разница между этими работами с точки зрения условий строительства. Государственные предприятия обеспечены машинами, материалами хорошего качества и, что особенно важно, осуществляется постоянный контроль за качеством. На каждой строительной площадке есть мастер, прораб, каждый вид работ проверяется техническим контролером. Тем не менее качество выполнения работ на государственных или кооперативных стройках различное. При строительстве индивидуального дома в большинстве случаев контроль за качеством отсутствует, лишь строительство коллективных кооперативных домов обеспечивается должным контролем. Однако и здесь его задачи чаще всего упрощены. Таким образом, возможность улучшения качества бетона, используемого в индивидуальном строительстве, практически отсутствует. Единственный выход - обучение индивидуальных застройщиков (которым никогда не следует пренебрегать) основам технологии бетонных работ, а также обеспечения индивидуального застройщика товарным бетоном, изготовленным на заводах. 3.1.1. Заполнители   Из-за недосмотра или неправильного складирования допускают загрязнение заполнителей, что отражается на качестве готового бетона. Прочность его зависит от многих факторов, особенно от прочности заполнителя. Если он не имеет, по крайней мере, двойной прочности бетона, то с ним невозможно получить бетон заданной прочности. Легко понять, почему снижается прочность бетона при засорении его глинистым грунтом. Качество материала снижают также попавшие в гравий отходы древесины, стружка, битый кирпич, куски шлака, снега и льда. Присутствующие сначала в гравии, а затем в бетоне органические вещества могут снизить прочность вследствие образования коррозии в арматуре. Загрязненность - фактор, влияющий не только на прочность. В бетоне ценят не одну только прочность, но ряд других его свойств, таких, как износостойкость (дорожное покрытие), морозостойкость (цокольные стены), водонепроницаемость (очистные колодцы), теплоизоляция и др. Все эти свойства снижаются, если в заполнитель попадает мусор. Следовательно, заполнитель нужно хранить таким образом, чтобы в него не попали различные примеси. Площадку для складирования готовят твердой и ровной, размещают ее таким образом, чтобы дождевая вода стекала из-под кучи гравия. Технические требования ограничивают содержание глинистых примесей до 3% по объему; содержание глинистых частиц в количестве 6 и 16% по объему снижает прочность бетона соответственно на 10 и 50%. Наличие глины может быть определено простым анализом, который может выполнить каждый. Литровую стеклянную банку наполняют песчанистым гравием, а затем до 3/4 объема водой. Через 1 ч после интенсивного взбалтывания поверх гравия виден слой илистых и глинистых частиц, толщину которого можно измерить и соотнести со всем объемом гравия. Излишнее содержание глины может быть снижено многими способами. Одним из них - промывка (рис. 38), другой состоит в том, что заранее очищенный от глинистых частиц и пропущенный через грохот заполнитель добавляют в песчанистый гравий. В бетоне с загрязненным илистыми или глинистыми частицами заполнителем чаще образуются усадочные трещины. Рис. 38. Промывка песчанистого гравия от глины. 1 - песчанистый гравий; 2 - направление потока воды; 3 - сток воды.

3.1.2. Вяжущие Важнейшим составляющим бетона является вяжущее вещество - цемент. Рецептуру, определяющую содержание различных компонентов, и рекомендации по приготовлению бетонной смеси можно найти в любой справочной литературе о бетоне. Без учета этих рекомендаций невозможно приготовить доброкачественный бетон. Допускают ошибку, когда в бетон замешивают больше цемента, чем необходимо. Это не дает значительного прироста прочности, более того, наблюдается определенное снижение прочности. Следовательно, бетон обладает наибольшей прочностью, когда в нем имеется такое количество цементного теста, какое необходимо для заполнения пространства между заполнителем. Если заполнитель как бы "плавает" в цементном тесте, нарушается структура каркаса, который обеспечивает бетону несущую способность. В результате в бетоне происходит чрезмерная усадка, появляется обилие трещин. Также вредно при приготовлении бетонной смеси уменьшение по сравнению с требуемым количества цемента. Это может произойти из-за желания сэкономить вяжущее, а также вследствие использования песчанистого гравия неоптимального гранулометрического состава. В бетоне, приготовленном с малым количеством цемента, частицы заполнителя не обволакиваются вяжущим и "склеиваются" друг с другом только отдельными точками. Бетон не только обладает в этом случае пониженной прочностью, но из-за незаполненности пространства между заполнителем становится водопроницаемым, не защищает арматуру от коррозии, что может привести к разрушению железобетонной конструкции. Большая оплошность - использование "мертвого", "залежалого" цемента. Применение такого комковатого вяжущего обернется источником многих неприятностей. Оставшийся от других строек цемент, покупаемый по сниженным ценам, может стать причиной таких дефектов в конструкциях, устранение которых потребует таких расходов, которые многократно превзойдут сэкономленные средства. Цемент может потерять свои свойства не только вследствие "старения", но и в результате неправильного хранения. Его следует хранить только в сухом, защищенном от ветра и хорошо изолированном от влажного воздуха помещении. В складском помещении мешки с цементом укладывают на деревянный настил, который отстоит от пола не менее чем на 30 см. Даже в сухую погоду цемент не рекомендуется хранить более трех месяцев, но если этого избежать нельзя, то мешки плотно накрывают брезентом, исключая тем самым доступ влажного воздуха (рис. 39). Рис. 39. Правильное складирование мешков с цементом. 1 - брезент; 2 - направление проветривания; 3 - мешки с цементом; 4 - сосновый брус; 5 - дощатый настил Мmax = 1,8м. Впитывая влагу из воздуха, цемент слеживается, начинаются процессы гидратации (схватывания), образуются комки. С течением времени цемент в определенной степени теряет первоначальную прочность. Так, портландцемент марки 350 при хранении в кирпичном складе при температуре 20oC за месяц теряет до 25% своей прочности, на открытой со всех сторон площадке под навесом - до 50%. Дата изготовления цемента проставляется заводом на внешней стороне мешка. Перед началом замешивания всегда следует убедиться в том, что цемент не залежалый. Если с момента выпуска его прошло более 90 суток, то использовать цемент следует только после заключения специалиста. Цемент в открытом мешке можно хранить в сухую погоду не более недели, в сырую - не более суток. К бетономешалке следует подавать столько вяжущего, сколько можно истратить за рабочий день. При реконструкции старых домов можно обнаружить, что ранее использовали глиноземистые цементы. В обычных цементах оксида алюминия содержится 5-9%, в глиноземистых - 40-50%. Было установлено, что через двое суток бетон набирал такую прочность на излом, какую бетон на обычном цементе приобретал лишь через 28 суток. Однако с течением времени материал быстро терял свою прочность, что явилось в свое время причиной целого ряда разрушений. Снижение прочности происходит из-за процесса кристаллизации, который ускоряется с повышением температуры и влажности. Опыт показывает, что уже при 20oC начинается процесс кристаллизации. Во всяком случае, следует отметить, что прочность конструкций из глиноземистого цемента постепенно снижается, и при реконструкции нагрузку на них следует рассчитывать с учетом уменьшающейся несущей способности.

3.1.3. Вода для бетона, добавки к бетону Третьей составляющей бетона является вода. Химические процессы схватывания и твердения требуют присутствия воды. Поверхность бетона во время схватывания и твердения необходимо постоянно держать во влажном состоянии. Если этого не делать, бетон "перегорает" и достигает только части расчетной прочности. Для затворения бетона нужна чистая вода. Питьевая водопроводная вода пригодна без дополнительного исследования. Там, где нет водопровода, воду необходимо исследовать в лаборатории, чтобы определить, не содержит ли она вредных для бетона веществ. Иногда вода, пригодная для питья, может оказаться непригодной для затворения (например, термальная, лечебная, питьевая минеральная) из-за содержания в ней различных примесей солей. Вода неизвестного состава может оказаться источником серьезной опасности. Как указывалось выше (см. 2.3), растворенные в воде сульфаты разъедают и разрушают бетон, следовательно, сернокислая вода особенно опасна для приготовления бетона. Наряду с основными составляющими в практике индивидуального строительства все чаще используют при приготовлении бетона добавки. Они призваны улучшать некоторые свойства бетонной смеси - водонепроницаемость, износостойкость, удобоукладываемость и др. Однако в индивидуальном строительстве трудно обеспечить условия для их применения, а неквалифицированное, без знания дела их использование может нанести вред конструкциям. При индивидуальном строительстве обычно применяют добавки, ускоряющие процесс твердения и повышающие морозостойкость, ускоряющие схватывание и повышающие водонепроницаемость. Активным компонентом большинства из них является хлористый кальций, известный как ускоритель твердения и противоморозная добавка. Однако многие не представляют себе, к каким опасным последствиям приводит передозировка этих добавок. Противоморозные добавки действуют на железобетон так же, как соль на шоссейных дорогах на кузова автомобилей, вызывающая ускоренные процессы коррозии. В связи с тем, что соли кальция в виде водного раствора поступают в "тело" конструкции, где они непосредственно соприкасаются с поверхностью арматуры, перенасыщение вызывает электрохимическую коррозию, или, говоря проще, ржавление. Отрицательные свойства противоморозных добавок давно известны специалистам, поэтому к ним добавляют в определенных количествах химические вещества, препятствующие коррозии - ингибиторы. Добавки, если их применять в больших количествах, наносят вред и неармированному бетону, например, появляется поверхностная фильтрация, выступают пятна. Такие дефекты очень трудно устранить. В большинстве случаев прекратить процесс невозможно, следует заменить конструкцию.

3.1.4. Приготовление и укладка бетона Дозированные по объему или массе компоненты бетона подвергают перемешиванию. Это один из важнейших этапов приготовления бетона, когда составляющие в процессе перемешивания необходимо превратить в однородную гомогенную массу. Сухой исходный материал содержит значительный объем воздуха. При перемешивании воздух частично вытесняется из смеси, его место занимают более мелкие частицы заполнителя и цемент в виде пленки; начинается процесс схватывания цемента, или его гидратация. Перемешивание обеспечивает равномерное распределение составляющих бетонной смеси. Недостаточно тщательное перемешивание - одна из причин недобора бетоном расчетной прочности. Материал перемешивают вручную или в бетономешалке. Следствием неравномерного перемешивания может стать снижение прочности бетона, а также ухудшение других его свойств. Наиболее часто повторяющаяся ошибка при приготовлении бетона вручную - добавление воды без перемешивания сухой смеси (рис. 40).  Рис. 40. Процесс перемешивания бетона вручную. 1 - песчанистый гравий; 2 - цемент; 3 - лейка; 4 - грабли; 5 - готовая бетонная смесь; 6 - сухая смесь. В этом случае из-за неравномерного распределения цемента между частицами заполнителя нельзя обеспечить гомогенность смеси. Перемешивание бетонной смеси следует осуществлять вчетвером. Двое лопатой набрасывают гравий в направлении перемешивания, третий граблями разравнивает вершину конуса, четвертый дозирует воду в необходимом количестве. Нельзя лить воду из ведра (рис. 41), так как потоки воды смывают цемент. Рис. 41. Правильный (б) и неправильный (а) способ перемешивания бетона. 1 - грабли; 2 - бетон; 3 - ведро; 4 - лейка. Для первого мокрого перемешивания треть необходимой воды заливают в сухую смесь, оставшуюся воду добавляют для второго мокрого перемешивания. Воду льют из лейки с разбрызгивающей насадкой равномерно по всей смеси. Перемешивание вручную следует выполнять на ровной, твердой, очищенной от грязи и увлажненной площадке. Перемешивание в бетономешалке - наиболее распространенный метод приготовления бетона, так как практически невозможно приготовить вручную бетон в больших объемах при соблюдении хорошего качества замесов. По принципу действия бетономешалки делятся на две группы: гравитационные и с принудительным перемешиванием. Наиболее распространены в индивидуальном строительстве различные по объему бетономешалки гравитационного типа. Они состоят из барабана, вращающегося вокруг горизонтальной или слегка наклонной оси, в котором перемешивается бетон, на внутренней поверхности барабана расположены смесительные лопатки, с помощью которых смесь перемешивается (рис. 42). Рис. 42. Приготовление бетонной смеси в малой бетономешалке. Для каждой бетономешалки существует оптимальное время перемешивания, по истечении которого получают гомогенную бетонную смесь. Если сократить время перемешивания, то бетон остается недомешанным. Другая крайность также опасна, поскольку при длительном перемешивании смесь расслаивается, т.е. хорошо перемешанные частицы вновь распадаются и бетонная смесь делится на свои составляющие. Оптимальным сроком перемешивания считают 2-3 минуты в зависимости от объема и типа бетономешалки. В строительной практике наиболее качественный бетон изготовляют на бетонных заводах, поэтому, если застройщик имеет возможность приобрести для строительства дома бетон заводского приготовления, следует этим воспользоваться; более высокая стоимость компенсируется гарантированной прочностью. Товарный бетон готовят в бетономешалках с принудительным перемешиванием, в которых получают более равномерную бетонную смесь с более высокими прочностными показателями, чем в бетономешалках гравитационного типа. Одна из частых ошибок при приготовлении бетона на строительной площадке - неправильный порядок загрузки компонентов в холодное время года, в результате чего может снизиться прочность готовой смеси. Используя для затворения бетона нагретую до 60-70oC воду, следует смешивать ее с незамороженным гравием. При этом смесь будет иметь температуру 20-22oC; в нее можно подмешивать цемент. Смешивать теплую воду сначала с цементом, а затем добавлять гравий - значит совершать ошибку. В этом случае начинается быстрое схватывание цемента, образуются комки, смесь плохо перемешивается, а прочность бетона не достигнет расчетной.

3.1.5. Уплотнение и транспортировка бетона Приготовленную бетонную смесь доставляют к месту укладки на носилках, тачках и на специальных металлических двухколесных тачках "кули" (рис. 43). Рис. 43. Наиболее распространенное средство для перевозки бетона - тачка "кули". Неправильно выбранное средство перевозки может снизить качество бетонной смеси, поскольку от тряски она расслаивается (рис. 44). Рис. 44. Длительная перевозка бетона ведет к его расслаиванию. а - равномерная смесь; б - расслаивание; в - расслоенная смесь. Применять такой бетон опасно, так как дефекты в конструкциях могут проявиться неожиданно через определенный промежуток времени. Нередко для подачи бетонной смеси применяют транспортеры. Такое оборудование в случае разницы между уровнями в несколько метров способно обеспечить одновременно вертикальную и горизонтальную транспортировку. Допускают ошибку те, кто старается подавать транспортером пластичный бетон, так как он при этом теряет часть воды и, расслаиваясь, утрачивает свои свойства. Свежий бетон можно подавать на транспортере в жестком или слабопластичном состоянии, но и тогда необходимо следить, чтобы он лежал на транспортере толстым слоем. Бетонную смесь не следует сбрасывать с высоты более 1,5 м. Расслаивание бетона можно предотвратить, если у выгрузочного конца транспортера устроить приемный бункер и отводную трубу; обычного фартука здесь недостаточно (рис. 45). Рис. 45. Подача бетона транспортером. а - верное решение; б и в - неправильная разгрузка, расслаивание. Наиболее прогрессивный способ транспортировки смеси - применение специальных бетоновозов, так называемых миксеров. Бетон подается бетононасосами через рукава, подвешенные к поворотным укосинам (рис. 46). Рис. 46. Технологическая цепочка бетонирования подпорной стенки. Транспортировка бетоновозами-миксерами, подача бетононасосами. Есть необходимость обратить внимание застройщиков на технологические ошибки, допускаемые при транспортировании бетонной смеси бетоновозами и при последующей ее укладке. К сожалению, бетон, перевозимый бетоновозами, тоже можно испортить, например добавляя в него воду. Давно известно, что пластичный бетон легче укладывать в опалубку, чем жесткий, поэтому часто бетон разводят водой. Излишек ее изменяет первоначальное водоцементное отношение, что в значительной степени снижает прочность смеси. В смеситель бетоновоза вода попадает двумя путями: во-первых, после выгрузки материала смесительный барабан промывают водой, часть которой остается внутри; во-вторых, после загрузки компонентов обмывают загрузочное отверстие смесителя (грязный автомобиль не выпустят на маршрут) и вода может попасть в барабан смесителя. В результате прочность бетона снижается. Следующий важнейший этап работы - укладка бетона в опалубку, его уплотнение для получения плотной и прочной конструкции. Уплотнение бетона можно выполнять трамбованием, штыкованием или вибрированием. Трамбованием уплотняют жесткий бетон, вибрированием - более пластичный, штыкование применяют для текучего или пластичного бетона. По данным зарубежных литературных источников, прочность бетона зависит от квалификации бетонщика, который работает с вибратором или другим инструментом для уплотнения. Суть уплотнения бетонной смеси состоит в том, чтобы как можно лучше вытеснить из нее лишний воздух. Бетон должен идеально заполнять место в опалубке, тесно примыкать к арматуре. Наиболее частой ошибкой является укладка бетона, когда он уже начал схватываться или даже схватился. Такая опасность возникает, как правило, при использовании товарного бетона заводского приготовления: привезенный утром бетон в объеме 3-4 м3 медленно, с помощью тачек укладывают в течение дня, а иногда, заботливо укрыв, оставляют на следующее утро. Уложенный таким образом бетон будет иметь низкую прочность, не защищает арматуру от коррозии, и рано или поздно это приводит к образованию трещин или обрушениям. Ошибка состоит в том, что во время укладки не учитывают времени схватывания цемента, не определяют зависящее от него время укладки бетона. Это время следует отсчитывать от начала перемешивания цемента с водой. В зависимости от погодных условий и температуры оно составляет 1-2 ч, но ни в коем случае не половину и не целый день. Исправить такую ошибку можно лишь полной заменой бетонной смеси, которую следует быстро уложить с учетом сказанного выше. Уплотнение бетона вручную возможно только при строительстве второстепенных, в основном без арматурных конструкций при незначительных объемах бетонных работ. Ручная трамбовка представляет собой металлический инструмент с деревянной рукоятью, с плоской площадкой снизу, массой 10-20 кг (рис. 47). Рис. 47. Инструменты для уплотнения бетона вручную. 1 - деревянная трамбовка; 2 - металлическая трамбовка; 3, 4 - металлические штыковки. Трамбовку свободно опускают на бетон с высоты около 25 см так, чтобы следующим ударом перекрывать примерно половину следа от предыдущего удара. Трамбование необходимо продолжать до тех пор, пока не станет видно, что бетон уплотнился и на поверхности его не появился цементный раствор. Деревянными трамбовками удары приходится наносить с большой силой, поэтому применяют их редко. Допускают ошибку, намереваясь уплотнить трамбовкой слой бетона толщиной 30-40 см. Этим способом можно удовлетворительно уплотнить бетон толщиной 10-20 см. Бетонная смесь средней пластичности непригодна для уплотнения трамбованием, поскольку из-за ее "резиноподобной" упругости эффекта уплотнения достичь не удается. Такую смесь толщиной не более 20-30 см следует уплотнять штыкованием с помощью металлического стержня массой 2-4 кг, которым равномерно "прокалывают" бетон. Наибольший эффект уплотнения достигается с помощью вибраторов - электрических машин, способных создавать частые колебания. Под действием колебаний компоненты бетона уплотняются, воздух в виде пузырьков выходит из смеси наружу. В строительной индустрии распространен погружной вибратор, который сообщает свою колебательную энергию непосредственно бетону, поэтому он экономичен в работе. Наиболее распространенная ошибка при пользовании погружным вибратором - соприкосновение и прижим его к арматурному каркасу для передачи вибрации глубинным слоям, поскольку через частую сетку арматуры колебания не передаются нижним слоям железобетона. Под действием вибрации вокруг прутьев арматуры образуется слой слабого раствора, который ухудшает совместную работу бетона и арматуры. Такой же низкий по прочности бетон получают и тогда, когда вынимают из уплотняемой смеси вибратор, оставляя отверстие. Правда, при погружении вибратора рядом с этим участком отверстия заполняются раствором, но равномерного уплотнения получить нельзя, поскольку бетон не достигает расчетной прочности. Бетоном, приготовленным на заводах и бетоносмесительных узлах, удовлетворяется большая часть потребности строительных объектов. Индивидуальный застройщик в основном лишь укладывает бетон, поэтому он имеет слабое представление о его составе и свойствах. При строительстве хозяйственным способом могут применить технологию укладки, которая может нанести непоправимый вред конструкциям. Так, специальный бетон, изготовляемый на основе одной мелкой фракции заполнителя, по технологии "но-файнс", заливают в опалубку без последующего уплотнения. Если его подвергнуть вибрированию, то качество резко ухудшится, особенно ухудшится его теплоизоляция вследствие удаления воздуха из смеси. Обычный бетон необходимо уплотнять даже в том случае, если он имеет пластичную консистенцию, поскольку оставшийся в нем воздух не позволит набрать достаточную прочность. Часто при бетонировании в тоннельной опалубке можно обнаружить такой дефект, как раковины глубиной 4-5 мм на поверхности стены после распалубки. Для их устранения перед наклейкой обоев поверхность затирают (рис. 48). Рис. 48. Дефекты поверхности, возникающие от недостаточного уплотнения бетона. 1 - первый выравнивающий слой; 2 - второй выравнивающий слой; 3 - основание пола; 4 - выравнивающая стяжка; 5 - выравнивающий слой бетонной поверхности; 6 - монолитная железобетонная конструкция; 7 - вертикальная монолитная железобетонная стена. Приведенные примеры обращают внимание на снижение проектной прочности бетона как на результат ошибок при производстве строительных работ.