Как подобрать состав архитектурного бетона

По составу и принципу изготовления этот материал практически не отличается от обычного конструкционного бетона. Но есть ряд нюансов, которые касаются подбора его компонентов.

Так, в его состав входят:

• Вяжущее
• Крупный заполнитель
• Мелкий заполнитель
• Пигменты
• Добавки

Давайте остановимся на каждом пункте подробнее.

Вяжущее

Хотя его доля в составе бетонной смеси невелика, это вещество оказывает большое влияние на свойства и внешний вид готового материала.

В качестве вяжущего в архитектурном бетоне можно применять:

• Портландцемент и шлакопортландцемент
• Белый цемент
• Цветной цемент
• Полимерцемент
• Магнезиальное вяжущее

Последний вариант в строительстве имеет очень ограниченную сферу применения из-за своей низкой водостойкости. По сути, основная область его использования – это заливка стяжек (в том числе декоративных) и изготовление предметов интерьера. Поэтому мы не будем специально на нем останавливаться. При желании, больше узнать о нем вы можете в нашей статье Магнезиальный бетон. Там мы подробно описали этот материал.

А прежде, чем мы перейдем к рассмотрению каждого вяжущего в отдельности, давайте проговорим общие принципы их выбора.

При использовании любого вяжущего нужно помнить такие правила:

• Мешок с цементом должен быть сухим и целым, без дыр и следов воздействия влаги. В противном случае нельзя гарантировать, что материал уже не вступил в реакцию с водой из окружающей среды.
• Сам цемент должен иметь вид однородного мукообразного порошка, без крупных включений и комков.
• Цемент для возведения одной конструкции нужно брать одной марки, у одного производителя и крайне желательно – из одной партии. В противном случае оттенок вяжущего может отличаться, и в готовом бетоне это будет сильно бросаться в глаза.
• Оптимальная марка цемента для архитектурного бетона – М400 или М500. Особенно это важно для несущих конструкций, элементов внешней отделки и изделий, которые будут находиться под открытым небом.
• Работать с вяжущим нужно в плотных резиновых перчатках и закрытой одежде. Жидкое цементное тесто имеет высокий pH и при контакте с кожей может вызывать сухость, раздражение и даже химические ожоги.
• Обращайте внимание на гарантийный срок, указанный производителем. В зависимости от наличия добавок он может быть разным, но в среднем составляет 45-60 суток. По прошествии этого времени технические характеристики цемента снижаются, и как поведет себя готовый бетон – неизвестно.
• Если вы не успели использовать весь мешок цемента за один раз, то хранить остатки нужно в водонепроницаемой таре, в теплом, сухом и хорошо проветриваемом помещении.

А теперь подробнее остановимся на каждой разновидности вяжущего.

Портландцемент и шлакопортландцемент

Это самый базовый вариант. Когда говорят о бетоне, в большинстве случаев имеют в виду именно материал на основе одного из этих вяжущих. Производятся они по ГОСТ 31108-2020.

Сухой цемент имеет невзрачный светло- или темно-серый цвет, который передается и готовому изделию. Поэтому декоративные свойства у него невыдающиеся. В основном его используют под дальнейшую обработку или как основу для цветного бетона темных оттенков.

Для изготовления архитектурного бетона используют такие разновидности:

• ЦЕМ 0 (бездобавочный портландцемент)
  Он на 100% состоит из клинкера – вещества, которое получают совместным обжигом трех частей известняка и одной части глины. Такое вяжущее имеет высокие технические характеристики и быстро схватывается, но стоит довольно дорого.
• ЦЕМ I (портландцемент)
  Его основу также составляет цементный клинкер – от 95% до 100% общего объема. Остальная доля приходится на различные вспомогательные добавки. Это может быть, например, сульфат кальция в виде гипса или ангидрита. Его используют для регулирования сроков схватывания смеси.
• ЦЕМ II (портландцемент с минеральными добавками)
  В этом вяжущем содержание клинкера снижается до 65-94%. Оставшийся объем составляют различные активные добавки, каждая из которых имеет свое буквенное обозначение: зола-унос (З), молотый шлак (Ш), известняк (И), микрокремнезем (Мк), пуццолан (П) и прочие. Эти компоненты, с одной стороны, уменьшают стоимость вяжущего, а с другой – тем или иным образом влияют на его технические характеристики и скорость твердения. Кроме того, они могут вступать в реакции с другими добавками – например, пластификаторами.
• ЦЕМ III (шлакопортландцемент)
  В отличие от предыдущего вида, в этом молотый шлак из вспомогательного компонента превращается в один из основных. В зависимости от его количества шлакопортландцемент делится на виды: ЦЕМ III/A (до 65% шлака), ЦЕМ III/B (до 80%) и ЦЕМ III/C (до 95%). Поскольку шлак – это отход производства, стоимость такого вяжущего гораздо ниже, чем у «чистого» портландцемента. Но и технические характеристики у него тоже более скромные.

Если у вас нет большого опыта работы с цементом или познаний в области строительной химии, то лучше выбирать вяжущее с минимальным содержанием добавок или вообще без них – то есть ЦЕМ 0 или ЦЕМ I. Потому что сложно предугадать, как различные дополнительные вещества будут реагировать с пигментами.

Белый цемент

Это особая разновидность портландцемента, которую применяют для изготовления бетона с улучшенными декоративными свойствами. Требования к нему приводятся в ГОСТ 965-89.

Он производится на основе клинкера, но также содержит примеси известняка и гипса, которые и придают вяжущему светлый оттенок. В таком материале практически отсутствуют железистые соединения.

Белый цемент считается высококачественной разновидностью. Он имеет более тонкий помол, характеризуется повышенной прочностью и устойчивостью к агрессивному воздействию окружающей среды. Кроме того, в бетоне на этом вяжущем образуется меньше трещин.

Использовать его имеет смысл, если:

• Поверхность бетона не будет подвергаться агрессивной абразивной или кислотной обработке после затвердения
• Бетон идет под покраску в светлый оттенок

В остальных случаях покупать белый цемент может быть невыгодно. Ведь стоит он дороже обычного.

В соответствии с ГОСТом, белый цемент делится на сорта по белизне:

• 1 сорт – со светоотражением не менее 80%
• 2 сорт – не менее 75%
• 3 сорт – не менее 70%

Соответственно, чем выше сорт вяжущего, тем ближе его оттенок будет к белоснежному.

Цветной цемент

На основе этой разновидности можно замешивать цветной бетон. По сути, это обычный или белый портландцемент с добавками красящих пигментов. Требования к нему устанавливает ГОСТ 15825-80.

В соответствии с ГОСТом, вяжущее имеет такой ассортимент цветов:

• Красный
• Розовый
• Голубой
• Желтый
• Зеленый
• Коричневый
• Черный

В использовании цветного цемента есть свои плюсы и минусы.

С одной стороны, количество пигмента в нем уже четко нормировано. Особенно это важно при заливке больших объемов бетона. Если вы заказываете цемент у одного производителя (и из одной партии), то оттенок вяжущего по всей конструкции будет одинаковым. Такой однородности сложно добиться, если вы добавляете пигмент вручную и «на глаз».

С другой стороны, ассортимент цветов у такого цемента ограничен. Но что, если вам нужен материал какого-то более специфического оттенка? В этом случае проще будет самостоятельно добавить в белый цемент смесь нужных пигментов или покрасить бетон готовой краской.

Полимерцемент

Полимерные вещества активно применяются в строительстве, и в том числе – при изготовлении архитектурных и декоративных бетонов.

Они улучшают следующие свойства материала:

• Прочность на сжатие и растяжение
• Пластичность
• Водонепроницаемость
• Морозостойкость
• Трещиностойкость

Это особенно важно при возведении конструкций, рассчитанных на высокие нагрузки, а также при изготовлении изделий, которые будут постоянно находиться под открытым небом.

В качестве добавок используют:

• Латекс
• Поливинилацетат (ПВА)
• Ацетоноформальдегидную смолу (АЦФ)
• Карбамидные и эпоксидные смолы

Их вводят в бетонную смесь в виде водных суспензий и водорастворимых порошков.

Больше узнать об этом вы можете в статье Полимерцементный бетон.

Крупный заполнитель

Это сыпучий материал с зернами крупнее 5 мм в диаметре, на который приходится основная часть объема в бетонном камне.

Выбор этого компонента зависит от двух главных факторов:

• Технические характеристики
  Как мы уже отмечали, этот материал может нести не только эстетическую, но и конструктивную функцию. Поэтому важно, чтобы заполнитель отвечал всем нормативным требованиям по прочности, морозостойкости, истираемости и другим показателям.
• Цвет
  Многие методы обработки архитектурного бетона подразумевают обнажение заполнителя. Поэтому предпочтение обычно отдают камням красивых расцветок, которые хорошо сочетаются друг с другом и с цементом.

В качестве заполнителя можно использовать:

• Щебень
  Этот материал получают искусственно – путем дробления горных пород. Он имеет остроугольные зерна и высокие технические характеристики. Щебень обычно однотонный, наследует окрас материнской породы.
• Гравий
  Он образуется в природе естественным путем, вследствие разрушения горных пород. По прочности и стойкости он уступает щебню. Зерна у него зачастую имеют более окатанную форму. Подбирать гравий по цвету сложно, ведь его образуют самые разные горные породы. Но если вы ищете яркий и пестрый заполнитель, то вам нужен именно он.
• Пористые материалы
  К ним относятся керамзит), вспученные перлит и вермикулит, шлак, шунгизит, аглопорит, пемза, вулканический туф и другие виды щебня и гравия с пониженной плотностью. Их используют тогда, когда нужно возвести облегченную конструкцию из бетона. Цвет этих материалов не играет большого значения. Дело в том, что пористые заполнители обычно остаются скрыты под слоем цемента. В противном случае они начнут активно впитывать влагу из окружающей среды, и прочность бетона снизится.

Чаще всего в качестве заполнителя используют щебень. В отличие от гравия, его можно подобрать в соответствии с задуманной цветовой гаммой.

Он бывает таких оттенков:

Но отметим, что в разных регионах залежи горных пород будут отличаться по окрасу. Например, у природного гранита есть очень красивая розовая разновидность. Но в России ее добывают только в Ленинградской области и Карелии. А если вы живете на Урале, то без труда сможете заказать местный гранитный щебень высокого качества – но, увы, только серого цвета.

Больше узнать об этом вы можете в статье Виды щебня.

Мелкий заполнитель

Это еще один важный компонент бетона на щебне или гравии. Он представляет собой сыпучий материал с зернами не крупнее 5 мм в диаметре. Мелкий заполнитель нужен для того, чтобы придать бетону дополнительную плотность и прочность, снизить расход цемента.

Кроме того, часто декоративный бетон изготавливают только на мелком заполнителе, без добавления крупных зерен. Такой материал называют мелкозернистым. Его используют в отделочных работах, для обустройства тонких стяжек и изготовления небольших изделий.

В качестве мелкого заполнителя можно использовать:

• Речной песок
  Это природный материал, который добывают со дна водоемов. Он считается самой качественной разновидностью за счет минимального содержания глины и пылевидных частиц – они вымываются водой еще на этапе добычи. Но для бетона это – не идеальный вариант. Зерна у речного песка окатанные, с гладкой поверхностью, поэтому они не очень хорошо сцепляются с цементом. Кроме того, среди них могут попадаться илистые частицы. Цвет этого заполнителя варьируется от белого до коричневого и практически черного, но чаще всего встречаются светло-желтые и бежевые разновидности.
• Карьерный песок
  Его собирают с поверхности земли, в специально разработанных карьерах. Песчинки у него остроугольные, с шероховатой поверхностью, а значит такой материал хорошо сцепляется с вяжущим. Но в остальном карьерный песок заметно уступает речному, часто содержит примеси пылевидных частиц и глины. Но его можно использовать в качестве дешевой альтернативы, если он отвечает требованиям к песку для бетона.  Кстати, примеси глины часто придают материалу рыжеватый оттенок – и это верный признак того, что для бетона такой заполнитель не годится.
• Намывной песок
  Добывают его тоже на карьерах, но предварительно затопленных. В результате заполнитель промывается от нежелательных примесей глины и пылевидных частиц. По сути, он наследует все плюсы речной и карьерной разновидности, но не имеет их недостатков. Так что это оптимальный вариант для изготовления бетона.
• Кварцевый песок
  Его могут как добывать на особых месторождениях, так и получать искусственно – путем дробления минерала кварца. Главное отличие этого заполнителя, по которому его можно легко узнать – это практически белоснежный цвет. Из-за своей дороговизны кварцевый песок применяется ограниченно – в основном при изготовлении высококачественных бетонов.
• Отсев
  Это пескообразный материал, который образуется при дроблении щебня. В зависимости от свойств исходной породы он может как уступать природному песку, так и значительно его превосходить по качеству. Например, отличными характеристиками могут похвастаться отсевы гранитный, базальтовый, габбро. Как и щебень, этот материал наследует окрас материнской породы и имеет широкий ассортимент расцветок.

Мелкий заполнитель в бетоне не так заметен, как крупный. Поэтому его цвету уделяется меньше внимания. Тем не менее, не лишним будет учитывать и этот фактор тоже. Так, в бетон на белом цементе лучше замешать кварцевый песок, на худой конец – песок или отсев светлого оттенка (например, мраморный или известняковый).

Пигменты

Пусть это и необязательный компонент, но при изготовлении декоративных бетонов без него редко обходятся. Требования к пигментам устанавливает ГОСТ Р 56585-2015.

По химическому составу пигменты делят на:

• Железоокисные
  Они представляют собой соединения различных металлов. Это, например, диоксид титана (белый), оксиды железа (красный, желтый, коричневый, оранжевый, черный), оксид хрома (зеленый), алюминат кобальта (голубой) и так далее. Выпускаются они в виде порошков или паст. Это самый распространенный вид пигментов для бетона.
• Смесевые
  Для получения более светостойкого цвета используют двухкомпонентные составы. Они состоят из железоокисного соединения и органического фталоцианинового пигмента. Смесевые пигменты имеют более ограниченный ассортимент цветов: алый, зеленый и синий. По долговечности они уступают однокомпонентный. Кроме того, их сложнее равномерно распределить по бетонной смеси.

Технология окрашивания бетона интуитивно понятна: пигмент разводят в воде затворения или добавляют в готовую бетонную смесь. Однако у конкретных составов могут быть свои нюансы и ограничения. Поэтому перед началом работы нужно ознакомиться с инструкцией от производителя.

Добавки

Существует огромное множество добавок для бетона, которые тем или иным образом улучшают его свойства. Но в архитектурном бетоне их количество лучше максимально ограничить. Ведь это химически активные вещества, которые, опять же, могут непредсказуемо менять окраску материала.

Разрешено использовать:

• Воздухововлекающие добавки
  Их вводят в состав бетонов, которые эксплуатируются на открытом воздухе в условиях сурового климата. Они повышают морозостойкость смеси, а также увеличивают ее подвижность.
• Пластификаторы
  Их используют для того, чтобы снизить содержание воды в бетоне без потери удобоукладываемости. Потому что чем ниже отношение воды к цементу, тем прочнее будет материал. Нужно учесть, что некоторые пластификаторы увеличивают срок схватывания бетона. Иногда это хорошо, иногда – плохо.
• Фиброволокно
  Оно увеличивает прочность бетона на растяжение и сжатие, а также препятствует образованию трещин. Для архитектурной разновидности лучше всего подойдет тонкое базальтовое или стеклянное волокно. А вот полимерную или стальную фибру лучше не использовать. Первая может вступать в реакции с компонентами раствора, а вторая – выступать на поверхности материала и портить его внешний вид.
  Подробно об этом мы рассказывали в нашей статье Фибра для бетона.

Некоторые строители любят замешивать в бетон дешевые альтернативы этим добавкам наподобие мыла или стирального порошка. Так вот при работе с декоративным материалом этого делать никак нельзя. Ведь неизвестно, как это отразится на внешнем виде изделия. Лучше заказывать готовые составы у проверенных производителей и использовать их четко по инструкции.

Как видите, при подборе компонентов архитектурного бетона всплывает множество нюансов. Чтобы не разочароваться в результате, перед началом масштабных работ нужно сделать несколько пробных замесов с разными пропорциями.

Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.

Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.