Надёжный фундамент под свой дом — как определить пропорции цемента, песка и других составляющих

Являясь основанием для всех последующих строительных конструкций, бетонный фундамент должен быть залит с особой подготовкой.

Можно воспользоваться и услугами сторонних организаций. Но они не могут учесть все особенности грунта, рельефа местности, распределения будущих нагрузок, и поэтому выполнят заказ по среднестатистическим рецептам.

Поэтому, если вы уже имеете опыт подобных работ, лучше изготовить фундамент из бетона своими руками.

Плюсы и минусы самостоятельного изготовления бетона

Средняя масса частного дома, в зависимости от проекта, может достигать 200 тонн (и даже более, если учесть мебель и внутридомовые конструкции, например, лестницы). Поэтому для должной долговечности фундамент всегда обустраивают с некоторым запасом по прочности.

Основание может изготавливаться по технологии сплошной заливки, либо использовать стандартные бетонные/железобетонные плиты.

О достоинствах много говорить не придётся: это и свобода выбора наилучших проектных решений, и возможность оперативной корректировки размеров, и гибкий выбор бетона по прочностным характеристикам материала. Остановимся на минусах самостоятельной заливки.

Заливку в землю сейчас не производят, поэтому нужна качественная и грамотно изготовленная опалубка. Залитый с её применением фундамент должен:

1. Гарантированно выдержать вес дома.
2. Обеспечить стойкость от напряжений изгиба и сдвига.
3. Справиться с сейсмическими и ветровыми нагрузками.
4. Равномерно распределить давление по грунту.
5. Создать влагостойкий барьер, соответствующий действующим СНиПам.
6. Создать надёжную теплоизоляцию.
7. Обеспечить стойкость против коррозии.

Для изготовления качественной опалубки необходимо верно подобрать её конструкцию и рассчитать размеры составляющих элементов. Среди них:

• Размеры деревянной доски (длину, ширину, толщину).
• Расстояние между рёбрами жёсткости.
• Способ соединения смежных элементов опалубки.

При отсутствии опыта подобных работ, здесь лучше воспользоваться советами специалистов. Решению подлежит и ряд прочих вопросов – подготовка площадки (определение уклона, выравнивание), проверка возможности естественного дренирования почвы, подбор необходимого инструмента и пиломатериалов.

Раствор для бетонных работ

Типичная бетонная смесь состоит примерно из 10% цемента, 20% воздуха и воды, 30% песка и 40% гравия (или щебня). Пропорции могут варьироваться в зависимости от типа цемента и других факторов. К компонентам для составления бетонной смеси предъявляют ряд обязательных требований.

Цемент

Являясь основным вяжущим веществом, именно цемент определит прочность фундамента. Соответственно техническим требованиям ГОСТ 31108-2020 цемент на основе клинкера должен включать:

1. Двух- и трёхкальциевые силикаты.
2. Оксид кремния.
3. Оксид кальция.
4. Оксид магния.
5. Минеральные добавки: гранулированные шлаки, алюмосиликаты, оксиды железа, микрокремнезём и пр.
6. Золу – кислую или основную.
7. Предварительно обожжённый сланец.
8. Сульфат кальция.

В зависимости от марки цемента туда добавляют также и ряд специальных добавок, улучшающих процесс приготовления материала.

Для производства бетонного раствора для фундамента жилого дома часто используется цемент марок М400 и М500. Разница между физико-механическими характеристиками этих материалов ясна из таблицы 1:

Параметр	Цемент М400	Цемент М500
Плотность, кг/м3, не менее	2200	2500
Прочность на сжатие после отверждения, МПа, не менее	32,5	52,5
Время начала схватывания, мин, не ранее	75	90
Коэффициент расширения	1,1

Новая маркировка цемента: ЦЕМ 32,5 (соответствует М400), ЦЕМ 52,5 – (соответствует М500).

Песок

Прежде чем приступить к закладке фундамента, необходимо ознакомиться с различными размерами и формами песка. Они варьируются от насыпного песка до песка для гидроразрыва пласта, каменного песка и т.д.

Песок представляет собой мелкий заполнитель, полученный из природных источников, или образовавшийся путем дробления камня на чрезвычайно мелкие гранулы. Каждый тип песка получают из разных исходных материалов. Основными из них являются кварц с максимально однородным зерном, а также комбинация гнейса, гранита и известняка.

Типы песка определяют по размеру фракций, причём с увеличением неоднородности частиц прочность фундаментного бетона возрастает.

Доказано, что природа происхождения песка весьма в малой степени определяет качество бетона. Так, морской песок, тщательно промытый пресной водой, практически не содержит хлоридов, провоцирующих развитие коррозионных явлений, и может (так же, как и речной песок) применяться для получения бетона.

Перед покупкой песка стоит разобраться, для каких условий он рекомендуется. При бетонировании фундамента необходим песок, отвечающий техническим требованиям ГОСТ 8736-2014.

Щебень и гравий

Эти материалы следует различать между собой. Щебень в основном поступает из карьеров, поэтому имеется определённая геологическая и экологическая озабоченность по поводу радиационной безопасности этого вида заполнителя.

Используйте вместо щебня вторичную строительную продукцию, которая остаётся после окончания работ по ремонту или обновлению автомобильной дороги.

В качестве щебня могут использоваться тщательно измельчённые бетонные блоки и даже кирпичи. Это снизит суммарные затраты на приобретение данного типа заполнителя.

Гравий схож со щебнем, поскольку также производится естественным путём. Гравий представляет собой природный материал, который состоит из переносимых водой камней, обычно имеющих округлую форму. Одним из ключевых различий во внешнем виде щебня и гравия являются края камней.

Вода

Качество воды, необходимой для затворения, учитывается при использовании как свежего, так и отверждающегося бетона.

Вода служит следующим целям:

• Смачивает поверхность заполнителей для развития процессов адгезии, потому что цементные пасты быстрее и удовлетворительнее прилипают к влажной поверхности заполнителей, чем к сухой.
• Повышает пластичность ингредиентов смеси.
• Придаёт бетону нужную степень удобоукладываемости.
• Способствует гидратации вяжущих материалов и тем самым обеспечивает надёжное затвердевание материала.

Повышенное содержание примесей мешает своевременному схватыванию смеси, оказывая отрицательное влияние на прочность и долговечность бетона. Когда примеси химически активны, они могут вступать в реакцию между собой, препятствуя твердению и набору бетоном прочности.

Для оценки пригодности воды могут использоваться известные вам показатели конкретного водного источника, Если сделать это невозможно, следует провести испытания, по результатам которых оценить влияние воды на время схватывания, прочность на сжатие и долговечность готового фундамента.

Добавки

В состав исходной смеси, предназначенной для обустройства фундамента, должны также входить ряд добавок. Добавки подразделяются на химические и минеральные, порошкообразные и жидкие. Они нужны для увеличения срока службы конструкции, а также для контроля схватывания, твердения и фиксации общего поведения бетона.

Вещества добавляются к основной массе бетона в процессе его приготовления.

Различают следующие виды добавок:

• Пластификаторы – делают бетонную смесь более подвижной и текучей. Обязательно применяются, если подготовленный материал подлежит немедленной укладке;
• Базальтовые волокна — повышают прочность бетона и помогают предотвратить растрескивание;
• Замедлители – эти добавки тормозят процесс отверждения бетона, что удобно при заливке фундамента со сложной конфигурацией;
• Ускорители. Наоборот, интенсифицируют процесс отверждения, благодаря чему бетон затвердевает намного быстрее, чем обычно.

Кроме того, химические добавки снижают стоимость строительства, а минеральные – уменьшают проницаемость готовой смеси. Они также уменьшают количество воды, используемой для контроля процесса осадки бетона.

Выбор оптимального соотношения компонентов

Определить наилучшую комбинацию составляющих непросто, поскольку это зависит от наличия добавок, состава воды, используемой для затворения, а также от условий смешивания (температуры и влажности воздуха).

Поэтому нижеприводимые данные по эксплуатационным параметрам фундаментного бетона различных марок (для старой и новой классификациям материала) носят ориентировочный характер. Они сведены в таблицу 2:

Марка бетона	Средние эксплуатационные характеристики			Примерное соотношение компонентов на 1 долю цемента		Рекомендуемое применение
	Прочность на сжатие, МПа	Усадка, %	Удобоуклады-ваемость, мин	Щебня/гра-вия	Песка
В7,5/М100	до 10	5…10	не более 1,5	4,5	7,0	Гаражи, хозпостройки
В15/М200	до 20	10…30	не более 1,2	2,6	4,7	Ленточные фундаменты небольших домов
В22,5/М300	до 30	30…50	не более 1,05	2,0	3,6	Одноэтажные дома с облегчённым типом кровли
В30/М400	до 40	50…60	не более 0,98	1,3	2,8	Одно- и двухэтажные дома и коттеджи, с общей нагрузкой до 200 т

В Интернете достаточно информации о пропорциях бетона и со щебнем, и без него. В частности, практикуют пропорции цемент/песок/щебень — со щебнем 1:3:5, а без щебня 1:2. И все же, что касается советов по применению бетона, в котором отсутствуют щебень или гравий, то им нельзя следовать, поскольку данные компоненты нужны в бетонном растворе в период его схватывания не для экономии цемента, а для заполнения всех неизбежных пустот.

Применяя технологию виброуплотнения, можно увеличить коэффициент заполнения и поднять прочностные параметры уложенного фундаментного бетона.

Сколько нужно раствора для заливки?

Прежде, чем копать фундамент, его необходимо разметить. А для этого необходимо знать размеры поперечного сечения траншеи, и, прежде всего, её глубину.

На глубину фундамента влияет множество обстоятельств. Поэтому можно установить лишь минимальное значение этого параметра, используя формулу Ренкина (она приведена далее).

Общие факторы, которые следует учитывать:

• Нагрузку от конструкции на фундамент.
• Глубину уровня подпочвенных вод.
• Типы грунта и глубина слоёв (в случае, если грунт – слоистый).
• Глубину фундамента соседнего строения.

Рекомендуется провести исследование почвы, прежде чем принимать решение о глубине закладки.

Кроме глубины, расход бетонной смеси определяется и шириной фундамента. Она, в свою очередь, будет зависеть, от толщины стен, технологии их отделки, обустройства отмостки перед домом и т.д.

Если не было возможности исследовать грунт до начала земляных работ, то глубина фундамента выбирается таким образом, чтобы на него не влияли вспучивание и усадка грунта из-за сезонных изменений.

Степень заглубления также должна учитывать состояние грунтовых вод, которые могут размыть подземную часть основания. Для фундамента, который планируется возводить рядом с существующим необходимо обеспечить, чтобы направление давления смежных объектов не совпадали. Иначе глубину нового фундамента придётся принимать ниже глубины существующего.

Формула Ренкина имеет вид h=p/y ((1-sinф)/(1+sinф )), где:

• h — минимальная глубина фундамента, м;
• p — полная несущая способность грунта, кН/м²;
• ? — плотность почвы, кг/м³;
• ? — угол естественного откоса или внутреннее трение грунта, град.

Результат расчёта позволяет установить минимальную глубину заложения фундамента в предположении, что на его долговечность не влияют уровень грунтовых вод, отрицательные температуры зимой, типы и свойства грунта и т. д.

При расчётах несущую способность грунта следует устанавливать по минимальным значениям, в кПа:

• Супеси – 200…250.
• Суглинки – 180…240.
• Галечно-гравийные грунты – 400…450.
• Глинистые грунты – 200…300.
• Неуплотнённые пылевидные грунты – 140…180.
• Чернозёмы (только маловлажные!)– 300…400.

Способы замешивания смеси

Для малых объёмов обычно применяют ручной способ, для значительных объёмов придётся воспользоваться миксером.

Ручное

Выполняется всего за 8 простых шагов:

1. Расстелите пластиковый лист на земле.
2. Отмерьте нужное количество компонентов (см. таблицу).
3. Расположите всё, кроме цемента, в форме конусообразной кучи на листе.
4. Сверху насыпьте нужное количество цемента.
5. Перемешайте всё не менее чем трижды.
6. Сделайте в куче глубокую воронку и добавьте туда воды.
7. Подберите смесь с боков.
8. Продолжайте этот процесс до тех пор, пока вода равномерно не распределится по смеси.

Количество воды, необходимое для готовой смеси, составляет от 0,4 до 0,5 от веса цемента..

Качество ручного смешивания может ухудшиться из-за неполного перемешивания. Хорошо замешанный бетон не должен оседать под собственной тяжестью.

Механическое

Потребуется миксер (бетономешалка), производительность которого желательно принять кратной общему объёму смеси, с учётом 10%-ного запаса.

Инструменты, необходимые для механического замеса:

1. Три ведра: одно для цемента, одно для песка и гравия/щебня и одно для воды. Заполнитель может быть влажным, поэтому наличие отдельного ведра для цемента сохранит ведро сухим, в противном случае цемент будет прилипать к бокам ведра.
2. Пластиковая бочка для воды, лучше — со шлангом: при его наличии ведра заполняются быстрее.
3. Тачка для перевозки бетона.
4. Лопата.
5. Средства индивидуальной защиты.

Бетономешалка позволяет быстро смешивать бетон, и вы можете заполнить тачку материалом примерно за 10 минут.

Расчёт замеса в вёдрах

Строительное ведро ёмкостью 10 л вмещает до 15,5 л бетона. Исходя из этого, для заполнения тачки необходимо примерно 1 ведро цемента, 2 ведра песка и 3…4 ведра щебня или гравия.

После того, как миксер отработает первую порцию смеси, туда рекомендуется высыпать сначала щебень или гравий: это поможет отчистить бункер от остатков влажного бетона, прилипшего к барабану от предыдущего сеанса смешивания.

Далее добавляют поочередно цемент, песок и камень. При этом необходимо внимательно следить за тем, как формируется смесь, периодически добавляя воду.

Не стоит использовать бетономешалку для получения сухой смеси: цемент будет прилипать к внутренней части барабана, и есть вероятность того, что материал в задней части барабана не будет правильно перемешиваться.

Если смесь начинает выливаться из барабана, поместите под неё тачку, чтобы собрать остатки. Полное время смешивания на полной скорости — примерно 3 минуты. Затем скорость сбрасывают до полной остановки лопастей и начинают выгрузку бетона в тачку.

Не забудьте смыть весь бетон с инструментов до того, как он затвердеет. Промойте бункер из шланга, лучше при работающем двигателе и перевёрнутом бункере. Избегайте попадания воды из шланга на двигатель.

Зная теоретический объём фундамента, можно легко перевести результат в вёдра бетонного раствора. Однако фундаменты редко точно следуют чертежу. Например, в каменистой почве часть траншеи может разрушиться при выемке больших камней, а в мягком грунте возможно осыпание траншеи. Поэтому максимальный объём замеса принимают на 10%, чем рассчитанный теоретически.

Смотрите видео о расчете пропорций бетона в ведрах:

Заключение

Приведенные в статье нормы, советы и технологические рекомендации позволят обустроить качественный бетонный фундамент с наименьшими финансовыми и трудовыми затратами. А вашему дому будет обеспечена долгая и счастливая жизнь.