Бетон представляет собой твердеющий после укладки сложный каменный материал искусственного происхождения. Бетоны – группа строительных материалов, применяемых при возведении каждого дома и сооружения. Бетон состоит из смеси вяжущих веществ (таких как цемент и битум), воды, заполнителей (это гравий различных фракций, песок, шлак и щебень) и всевозможных добавок. Его можно изготавливать вручную или в небольших бетоносмесителях. Основной плюс бетона – в долговечности: такой фундамент может прослужить 100 и более лет. Бетон, как правило, применяют только в сочетании с арматурой, но ее свойства мы опишем отдельно. Также бетон используют при возведении бутобетонных фундаментов. Сложность состава бетона заключается в том, что для его приготовления нужно смешать между собой вяжущее вещество, искусственный или естественный заполнитель и воду, играющую роль затворителя при создании смеси. Иногда в бетон добавляют, кроме этого, специальные вещества для изменения его свойств. Оптимальное соотношение составляющих в сухой (незатворенной) бетонной смеси выглядит следующим образом: от 8 до 15 % объема – цемент, от 80 до 85 % – заполнитель.

Прочность бетона зависит от марки цемента, степени засорения его глинистым грунтом и твердости заполнителя. Качество бетона снижают попавшие в него отходы древесины, стружка, битый кирпич, куски шлака, снега и льда. Содержание в бетонной смеси различных компонентов определяется рецептурой, которая соответствует необходимой по прочности марке. Важнейшей составляющей бетона является цемент.

Бетоны используют в виде шлакоблоков (крупных стеновых блоков) и железобетона – сборного (в основном для фундаментов, перекрытий, оконных перемычек) и монолитного. Из него выполняют фундаменты, наружные и внутренние стены, перекрытия, перемычки, цоколи и другие конструктивные элементы зданий.

Бетон можно применять при устройстве всех типов фундаментов в зависимости от условий строительства, это наиболее распространенный на сегодняшний день строительный материал. Еще одно положительное качество бетона в том, что фундамент с его использованием можно делать как сборным, так и монолитным, т. е. изготавливать конструкции прямо на месте строительства. Сборный железобетон практикуют для изготовления ленточных и столбчатых фундаментов из блоков, плитных фундаментов из соединенных плит и балок, а также свайных фундаментов в виде забивных свай.

Недостаток сборного железобетона в том, что устройство любого фундамента с его применением не может обойтись без специальной техники: подъемных кранов, дизель-молота, коперных установок и т. п. механизмов – в зависимости от его типа. Однако при сложных грунтовых условиях, не подходящих для твердения бетона прямо на месте строительства, сборный железобетон порой незаменим. Нечто среднее представляет собой сборно-монолитный железобетонный фундамент, устраиваемый из сборных элементов с замоноличиванием отдельных конструкций.

Бетонные блоки сборные для стен подвалов и фундаментов изготавливают сплошными из армированного тяжелого бетона, керамзитобетона и плотного силикатного бетона плотностью не менее 1800 кг/м³. Выпускают различные по размерам блоки для кладки стен подвалов и цокольной части домов. Наиболее подходящими для индивидуального строительства являются блоки размерами от 400 × 300 × 200 до 300 × 200 × 200 мм.

Фундаментные железобетонные блоки делят на 2 основных типа: блоки ФБС (фундаментный блок стеновой) и блоки-подушки (рис. 6). Для устройства сборных столбчатых фундаментов применяют несколько блоки: рядовые (вместо стеновых) и блоки-подушки, как правило, квадратные в плане и с одинаковыми боковыми гранями со всех четырех сторон. Все сборные блоки обладают значительной массой и требуют использования кранового оборудования.

Блоки-подушки укладывают в нижний ряд фундаментной стены. Как правило, они обладают утолщением книзу, хотя это и не обязательно.

Сборные блоки обладают маркой в зависимости от геометрических параметров. Исходя из того, какой ширины и высоты нужен фундамент, не сложно подобрать подходящие фундаментные блоки из большого числа их типоразмеров.

Фундаментные блоки, как ФБС, так и блоки-подушки, могут быть нескольких типов по принципу своего устройства (с предварительно напряженной арматурой, с консолями и т. д.). Так, с целью экономии материалов используют блоки с пустотами, однако следует помнить, что такие блоки обладают меньшей прочностью, поэтому применять их допустимо только на сухом и маловлажном грунте. Сквозные пустоты в блоках не должны превышать 4 см в ширину. Замкнутые пустоты могут быть больше по размерам.

Ширина стороны квадрата рядового фундаментного блока для столбчатого фундамента в плане должна быть не менее 10 см. Ширину стороны подколонника (блока-подушки) в плане получают, умножив ширину рядового блока на 2,5 или 3.

Нормативный срок службы железобетонного фундамента любого типа при соблюдении всех технологических условий строительства составляет примерно 150 лет.

Для возведения монолитного фундамента из железобетона бетонную смесь можно приготовить самостоятельно с помощью бетономешалки или заказать на заводе с доставкой в бетоновозе на место строительства. Изготавливают бетон из сухого вяжущего вещества, заполнителя и воды. Иногда для придания бетону особых свойств используют пластификаторы и другие добавки.

Кроме способа устройства, бетоны классифицируют по виду вяжущего вещества, типу заполнителя, структуре, прочности, морозостойкости, водонепроницаемости, стойкости к химически агрессивной среде, удобоукладываемости и способности сохранять однородность при транспортировке и укладке.

По виду вяжущего вещества бетон может быть цементным, известковым, шлаковым, гипсовым. Таковы основные разновидности бетона по этой классификации. Для возведения фундаментов используют, как правило, цементный бетон, в редких случаях – известковый.

По типу заполнителя бетоны делят на плотные, пористые и специальные. Если бетон пористый, его прочность во многом зависит от марки заполнителя. Ко всем заполнителям для бетона предъявляют три основных требования:

• он должен быть фракционным – нельзя применять природные смеси из различных заполнителей, не разделив их на типы по крупности;

• он обязан быть чистым, без лишних примесей;

• лучше использовать местный заполнитель.

Бетоны делят на марки по морозостойкости. Число в обозначении марки говорит о количестве циклов оттаивания-замораживания бетона, погруженного в воду. Соответственно, чем выше это число, тем выше морозостойкость бетона. Для изготовления свай применяют бетон не ниже М200, арматуру высокого класса и цемент высокой прочности. При несоблюдении этих рекомендаций железобетонные сваи способны разрушиться. Бетон высокой прочности необходим также при сооружении плитного (в том числе плавающего) фундамента.

Для других типов фундаментов на сухом или маловлажном грунтовом основании можно применять бетон марки М50. Если же грунтовое основание средней влажности, подойдет бетон марки не менее М75. На основании, сильно насыщенном влагой, устраивают фундамент из бетона марки М100 и выше.

Удобоукладываемость – это способность затворенной бетонной смеси без затруднений заполнять форму опалубки, не меняя свои структуру и плотность. Удобоукладываемость, в свою очередь, зависит от таких показателей, как подвижность, жесткость и водосодержание. Кроме этого, для разных способов уплотнения бетона нужна различная степень удобоукладываемости бетонной смеси.

Подвижность бетонной смеси – это ее возможность растекаться под давлением своего веса без расслоения, т. е. с сохранением однородности. По степени подвижности бетонная смесь может быть малоподвижной, подвижной, пластичной или литой. Подвижность бетонной смеси, как и некоторые другие свойства бетона, можно определить с помощью стандартного бетонного конуса.

Он выполнен из стали с диаметрами оснований в 10 и 20 см. Высота конуса составляет 30 см. Для проведения эксперимента его устанавливают на ровный поддон, стоящий на горизонтальной поверхности. Иногда в нижней части конуса есть специальные «ноги», служащие для прижимания его к поверхности: нижний диаметр конуса должен плотно прилегать к поддону, чтобы бетонная смесь не вытекала. Приготовленную бетонную смесь заливают в конус через воронку тремя партиями, после каждого залива уплотняя ее щупом (не менее 20 штыковых движений). По заполнении конуса воронку убирают, срезая бетонную смесь вровень с верхним диаметром, а сам стандартный конус медленно поднимают и ждут, пока бетонная смесь не прекратит оседать. Затем с помощью рейки и мерной линейки определяют разность в высоте стандартного и бетонного конусов. Эта величина показывает осадку конуса.

Если она составляет 1–4 см, бетонная смесь малоподвижна. Такая смесь требует сильного уплотнения при укладке. Ее применяют для фундаментов, несущих стен большой толщины, толстых перекрытий с редким армированием. При осадке конуса от 4 до 9 см бетонную смесь можно назвать подвижной, она также требует уплотнения и трамбования при укладке, но в целом укладывается легче. Подвижную смесь можно использовать при сооружении несущих стен, перекрытий, фундаментов. Если величина осадки конуса от 9 до 15 см, бетонная смесь пластичная и при укладке легко уплотняется ручной трамбовкой. Из пластичной смеси делают столбы, стены и балки с не очень частым армированием. Иногда пластичную смесь применяют и для устройства фундаментов. Осадка конуса более чем в 15 см говорит о том, что смесь литая. Она наиболее подвижна, быстро заполняет опалубку и почти не нуждается в уплотнении. Литую смесь удобно использовать для бетонирования тонких конструкций с частым расположением арматурных стержней – например, для заливки бетона в асбестоцементную трубу. При этом осадка конуса не должна превышать 22 см, иначе бетонная смесь считается слишком жидкой и непригодной для фундаментных работ.

Кроме подвижности, удобоукладываемость бетонной смеси зависит от ее жесткости. Этот показатель зависит от того, сколько времени требуется для уплотнения и выравнивания отлитого стандартного конуса бетонной смеси с помощью щупа и вибратора. Чем меньше времени для этого необходимо, тем выше жесткость смеси. Как правило, ее определяют в том случае, если осадка конуса при определении подвижности очень мала. Жесткость смеси для фундаментных работ не должна превышать 10 с.

Еще один показатель, влияющий на удобоукладываемость, – это водосодержание, показывающее, сколько процентов в общем объеме смеси занимает затворитель. Чем больше этот показатель, тем выше подвижность смеси и тем ниже ее жесткость.

По структуре бетон может быть плотным (особо тяжелый, тяжелый и облегченный бетон), легким (поризованным, ячеистым и крупнопористым, или крупнозернистым) и особо легким. Для возведения фундамента применяют плотный бетон. Рассмотрим подробнее группы бетона по плотности.

1. Плотные бетоны (более 1800 кг/м³):

• особо тяжелые (более 2500 кг/м³) на особо тяжелых заполнителях (например, на магнетите) применяют для специальных конструкций, в индивидуальном строительстве не используют;

• тяжелые (2200–2500 кг/м³) на плотных заполнителях (песок, гравий, щебень из прочных пород) и цементном вяжущем, с крупнозернистой структурой практикуют наиболее широко – они неприхотливы;

• облегченные (1800–2200 кг/м³) на более легких заполнителях и цементном вяжущем применяют для возведения несущих конструкций.

2. Легкие бетоны (500–1800 кг/м³):

• поризованные (керамзитобетон) на искусственных и естественных пористых заполнителях (мелких и крупных) и цементном вяжущем неприхотливы при твердении;

• ячеистые (газобетон, пенобетон) на основе тонкодисперсного кремнеземистого заполнителя и цементного, известкового или смешанного вяжущего, с ячеистой структурой твердеют при тепловой обработке в автоклавах или при повышенном атмосферном давлении;

• крупнопористые, или крупнозернистые, на основе плотного или пористого крупного заполнителя без добавления мелкого заполнителя («беспесчаный» бетон), с крупнопористой структурой твердеют в любых условиях.

3. Особо легкие бетоны (менее 500 кг/м³) отличаются от ячеистых более легким пористым заполнителем, применимы в качестве теплоизоляции.

Однородность бетонной смеси имеет большое значение. Если бетонная смесь расслаивается при транспортировке или укладке, следует ожидать, что конструкции из такого бетона будут обладать низкой несущей способностью из-за невысокой связности материала. Расслоение смеси происходит в результате выделения из нее каких-либо компонентов, например воды или заполнителя. Однородность зависит от того, насколько верно подобран состав бетонной смеси.

Прочность бетона, как и любого другого материала, включает две характеристики: прочность на растяжение и на сжатие. У бетона низкая прочность на растяжение, но высокая прочность на сжатие. Первая характеристика является недостатком, который устраняют с помощью армирования.

У бетона значителен показатель усадки – изменения вертикальных линейных размеров материала при твердении на воздухе. Сокращение размеров в среднем составляет от 0,3 до 0,5 мм на 1 м, а в первые сутки твердения может достигать 70 %.

Кроме основных составляющих бетонной смеси, в нее могут быть введены дополнительные материалы – специальные добавки, улучшающие свойства бетона.

Самые популярные из них – пластификаторы. Эти добавки нужны для повышения пластичности смеси. В зависимости от того, насколько нужно увеличить плотность, морозостойкость и другие характеристики бетона, применяют различные марки пластификаторов. При возведении монолитных железобетонных фундаментов наиболее распространены пластификаторы марок ISOLA FM-86/8; C-3. Эти пластификаторы увеличивают плотность бетонной смеси до 40 %, морозостойкость – до 50 %, а также позволяют сэкономить до 20 % цемента.

При введении в бетон нескольких добавок следует проверять, все ли они являются химически устойчивыми (проще говоря, можно ли их совмещать с другими добавками). Важный показатель – экологичность добавки.

Среди добавок, уменьшающих время твердения бетонной смеси, наиболее популярны хлористый кальций (добавляют в цемент в количестве до 2 % от его массы) и соляная кислота (вводят в количестве до 1,5 % от массы цемента).

Соотношение составляющих бетонную смесь материалов для каждого строительного случая индивидуально. Наиболее распространены следующие пропорции: на 1 кг цемента берут по 2 кг песка, щебня, 700 г воды. Главное, чтобы в результате получилась смесь с нужными свойствами.