Как уточняется формула в зависимости от гарантированной прочности бетона
Перейти к содержимому

Как уточняется формула в зависимости от гарантированной прочности бетона

  • автор:

Справочник строителя | Бетоны

Термин Определение 1. Бетон Искусственный камневидный материал, представляющий собой затвердевшую бетонную смесь. Различают следующие стадии готовности бетона:бетонн�.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Бетоном называют искусственный каменный материал, получаемый в результате твердения правильно подобранной, тщательно перемешанн�.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ТЯЖЕЛОГО (ОБЫЧНОГО) БЕТОНА

ЦЕМЕНТЫ. Вид цемента выбирают в соответствии с назначением конструкций и условиями их эксплуатации, требуемым классом бе.

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ФРАКЦИЯМИ КРУПНОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ

Наибольшая крупность щебня (гравия), мм Соотношение между фракциями, %, при размере фракции, мм 5-10 10-20 20-40 40-70 70-120 10 100 — — — — .

МОДУЛЬ КРУПНОСТИ ПЕСКА

Группа песка Показатели нормируемые ненормируемые Полный остаток на сите 0,65, % по массе Модуль крупности, Мк Удельная поверхность, см2/г Проход через сито 0.

Железобетон: самый распространенный материал в строительстве

Возникновение железобетона во второй половине XIX века было связано с необходимостью совершенствования строительных материалов. Железо и бетон уже использо�.

Использование ЖБИ в строительстве

Преимущества ЖБИ изделий На сегодняшний день трудно представить себе строительство жилого или промышленного помещения без использования железобетонн.

Нижегородская область реализует программу стимулирования малоэтажного строительства

В Нижегородской области на этапе реализации находятся сразу несколько программ, рассчитанных на развитие такой отрасли, как малоэтажное жи.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Бетон — искусственный камень, который образуется в результате твердения смеси вяжущего и заполнителя. Бетон, .

БЕТОНЫ

Бетоны могут быть легкими и тяжелыми (обыкновенными). Обыкновенные бетоны подразделяют на пластичны�.

Прочность Бетона

В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб, скалывание. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основными факторами при этом оказываются активность цемента и водоцементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности в зависимости от изменения количества воды в смеси. Эта зависимость была установлена в 1895 г. проф. И. Г. Малюгой.

Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды к цементу обычно принимают В/Ц=0,4. 0,7, в то время как для химического взаимодействия цемента с водой требуется не более 20% воды от массы цемента. Избыточная вода, не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, образуя в нем поры, что ведет к снижению плотности и соответственно прочности бетона. Исходя из этого, прочность бетона можно повысить путем уменьшения водоцементного отношения и усиленного уплотнения.

Рис. 1. График зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения

Всесторонние исследования советских ученых (Н. М. Беляева, Б. Г. Скрамтаева и др.) расширили и уточнили выводы И. Г. Малюги о влиянии различных факторов на свойства бетона и установили зависимости, графически изображенные на рис. 1 или представленные в виде следующих формул:

при В/Ц > 0,4 (Ц/В ≤ 2,5) Rб = ARц (Ц/В — 0,5);

при В/Ц < 0,4 (Ц/В >2,5) Rб = A1Rц (Ц/В + 0,5),

где Rб — предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут нормального твердения, Па; Rц — активность цемента; Ц/В цементно-водное отношение — отношение массы цемента к массе воды в единице объема бетонной смеси за вычетом воды, поглощаемой заполнителями; А, А1 — безразмерные коэффициенты, зависящие от свойств и качества применяемых материалов (рис. 2).

Рис. 2. Значения коэффициентов А и А1

К высококачественным материалам относятся плотные горные породы высокой прочности из которых производят щебень, песок оптимальной крупности (заполнители должны быть чистые, промытые, фракционированные, с оптимальным зерновым составом смеси фракций) и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки. К рядовым материалам относятся заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент. Материал пониженного качества — крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, отвечающие пониженным требованиям, и цементы низкой активности.

Приведенные выше зависимости прочности бетона от различных факторов, выраженные в виде формул и графиков, позволяют определить ориентировочную прочность бетона в 28-суточном возрасте при известном водоцементном отношении, марке цемента и виде заполнителя.

Наряду с активностью и качеством цемента, водоцементным и качеством заполнителей на прочность бетона отношением в значительной степени влияют уплотнение бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона.

Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока она больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей с прочностью ниже требуемой марки бетона может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента.

Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем, а бетон, приготовленный на щебне при прочих равных условиях, имеет большую прочность, чем бетон на гравии.

На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента и начальное количество воды в бетонной смеси. Последнее определяет подвижность (или жесткость) ее. Жесткие бетонные смеси (с низким содержанием воды) обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.

Прочность тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается. В первые 7. 14 сут прочность бетона растет быстро, затем к 28 сут рост прочности замедляется и постепенно затухает; во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения средняя прочность бетонных образцов в 7-суточном возрасте составляет 60. 70% прочности 28-суточных образцов, в 3-месячном возрасте — на 25%, а в 12- месячном — на 75% выше, чем у образцов в 28-суточном возрасте.

Прочность бетона со временем изменяется примерно по логарифмическому закону; исходя из этого при расчетах прочности бетона для разных сроков пользуются формулой

Rn = R28 lg n/lg 28,

где Rn — прочность бетона в возрасте суток, Па; R28 — прочность бетона в возрасте 28 сут, Па.

Эта формула применима для ориентировочных расчетов прочности бетона на портландцементах средних марок в возрасте более 3 сут. Действительную прочность бетона в конструкции устанавливают только испытанием контрольных образцов, приготовленных из рабочей бетонной смеси.

Большое влияние на рост прочности бетона оказывает среда. Нормальными условиями твердения бетона считаются относительная влажность воздуха 90. 100% и температура (20±2)°C. Высокая влажность воздуха необходима, чтобы избежать испарения воды из бетона, что может привести к прекращению твердения. Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением.

Бетон по прочности характеризуется его классом (маркой), который определяется величиной предела прочности при сжатии образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси после твердения их в течение 28 сут в нормальных условиях (МПа). Тяжелые бетоны подразделяют на классы (марки) В7,5(100); В12,5(150); В15(200); В25(300); B30(400); B40(500); В45(600). Превышение класса (марки) бетона от заданной проектной прочности свыше 15% не допускается, так как это влечет перерасход цемента. При испытании образцов в виде кубов размером 150х150х150 мм применяют щебень наибольшей крупности зерен 40 мм.

Класс (марка) бетона определяется также по пределу прочности на растяжение при изгибе образцов-балочек.

Качество бетона нельзя достаточно полно оценить по его средней прочности или марке. На практике имеет место отклонение от этой величины. Колебания в активности свойства заполнителей, дозировка материалов и другие факторы цемента, приводят к неоднородности структуры и к колебанию свойств бетона.

Более полное представление о качестве бетона можно получить при одновременном учете средней прочности бетона и его однородности, которая определяется на основе статистического анализа коэффициентом вариации и прочности. Он равен отношению среднего квадратического отклонения отдельных результатов испытаний прочности бетона к его средней прочности. Коэффициент вариации прочности бетона колеблется от 0,05 до 0,2. При хорошо налаженной технологии на предприятиях значение v не превышает 10%.

При проведении статистического контроля качества бетона, где его прочность определяется большим количеством испытаний, расчет конструкций может проводиться не по средней, а по гарантированной прочности бетона.

Для конструкций, проектируемых с учетом требований СТ СЭВ 1406-78 и СНиП 2.03.01-84, прочность бетона характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95.

При переходе от класса бетона B к средней прочности бетона (МПа), контролируемой на производстве для образцов с ребром 150 мм (при нормативном коэффициенте вариации 13,5%), можно применять формулу Rб=B/0,778. Для класса B10 средняя прочность бетона будет Rб=12,9 МПа, для класса В50 Rб=64,3 МПа.

Сумма мероприятий, обеспечивающих благоприятные условия твердения уплотненной бетонной смеси, а также способы, предохраняющие бетон от повреждения его структуры в раннем возрасте, составляют уход за бетоном. Организация ухода за бетоном должна быть проведена сразу после укладки и уплотнения бетонной смеси.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Бетон при нормальных условиях постепенно набирает свою прочность и к 28 сут. приобретает марочную прочность, причем в первые 3. 7 сут. прочность бетона растет более интенсивно и на 7-е сутки составляет 60. 70% марочной (проектной) прочности. Для заводской технологии такие условия твердения бетона неприемлемы.

В заводской технологии применяют ускоренные методы твердения — тепловую обработку при обязательном сохранении влажности изделий, пример — установка ускоренного твердения бетона. На заводах сборного железобетона чаще всего применяют прогрев изделий при атмосферном давлении в паровоздушной среде с температурой 80. 85 °C или выдерживание в среде насыщенного пара при 100°С. Стремятся применять насыщенный пар, чтобы исключить высыхание бетона и создать хорошие условия для гидратации цемента.

На заводах производящих сборные железобетонные изделия и конструкции применяют также и другие способы тепловой обработки изделий: электропрогрев, контактный обогрев, обогрев в газовоздушной среде и др.

Правильно организованный контроль качества бетонных работ на всех стадиях технологического процесса изготовления бетонных конструкций — одно из важнейших условий получения прочного и долговечного бетона и снижения стоимости конструкций. На предприятиях сборного железобетона применяют три вида контроля: входной, пооперационный и выходной. Контроль состоит в испытании и выборе исходных материалов для бетона, в их дозировании и перемешивании, укладке, уплотнении и уходе за ним, а также в определении качества затвердевшего бетона испытанием пробных образцов.

Прочность и качество бетона в конструкции можно ориентировочно определить и без разрушения — с помощью акустических приборов. Сущность их действия основана на скорости распространения ультразвукового импульса или волны удара в материале и зависит от его плотности и прочности. Прочность бетона в конструкции без разрушения можно также определить и механическим способом, например прибором, действие которого основано на характеристике прочности, определяющейся глубиной лунки в бетоне, образованной шариком при его вдавливании, или величины отскока маятника от бетона.

Анализ формул для расчета прочности бетона на сжатие Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Суходоева Н. В., Бабицкий В. В.

Приведены описанные в технической и научной литературе

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Суходоева Н. В., Бабицкий В. В.

Методика проектирования состава бетона
Проектирование состава бетона с учетом его морозостойкости
Технологические свойства бетонных смесей для энергосберегающей технологии монолитного бетона
Влияние компонентов легкого бетона на прочностные и деформативные характеристики
Поровая структура дорожного бетона
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The analysis of formulas for calculation of compressive concrete strength

The article presents given in the technical and scientific literature formulae for calculation of compressive concrete strength. The comparative analysis of their accuracy is given in the paper.

Текст научной работы на тему «Анализ формул для расчета прочности бетона на сжатие»

Н. В. Суходоева, В. В. Бабицкий, д-р техн. наук, проф.

АНАЛИЗ ФОРМУЛ ДЛЯ РАСЧЕТА ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НА СЖАТИЕ

Приведены описанные в технической и научной литературе формулы для расчета прочности бетона на сжатие, дан сравнительный анализ их точности.

В основе любой методики проектирования состава бетона лежит расчет предела прочности бетона на сжатие (в дальнейшем — прочность бетона). И от точности формулы для расчета прочности бетона зависят как оптимальный расход компонентов бетонной смеси, в первую очередь вяжущего, так и соответствие всего комплекса фактических параметров бетона проектным значениям.

Проанализируем ряд формул, наиболее широко используемых в настоящее время предприятиями и научными организациями для расчёта прочности бетона с целью выявления наиболее удачного варианта для создания в последующем основы методики проектирования состава бетона.

Основные формулы для расчета

прочности бетона на сжатие

Впервые теоретическое обоснование влияния различных факторов на прочность бетона более века назад дал проф. Военно-инженерной академии И. Г. Ма-люга. Он установил связь между прочностью бетона и отношением количества воды в бетонной смеси к массе сухой смеси цемента и заполнителей. Фактически результатом исследований ученого явилось создание так называемого «закона водоцементного отношения», до сих пор лежащего в основе большинства расчетных формул.

В конце XIX в. Р. Фере предложил формулу [1]

где К — коэффициент, зависящий от активности цемента; С, В — абсолютные объемы цемента и воды; V — объем воздушных пор в единице объема бетона.

Затем Р. Фере несколько видоизменил ее [1], оставив те же влияющие факторы:

Следует отметить правильность предложенного Р. Фере учета (хотя и достаточно сложного) содержания воздуха в бетонной смеси. Эта идея на практическом уровне начала развиваться лишь в настоящее время.

Д. Абрамс предложил формулу для расчета прочности бетона в следующем виде [1]:

где А и В — постоянные, определяемые экспериментально.

М. Боломей представил формулу для расчета прочности бетона не как функцию водоцементного отношения, а цементно-водного [1]:

где К — эмпирический коэффициент, учитывающий влияние заполнителей на прочность бетона; /ц — активность цемента, МПа; Ь — значение цементно-водного отношения в пересечении функции с осью абсцисс.

Профессором Н. М. Беляевым предложена следующая формула [1, 2]:

где А — постоянная, зависящая от вида заполнителей (может быть принята равной 3,5).

Формула М. З. Симонова устанавливает связь прочности бетона с плотностью цементного камня [3]:

Несмотря на то, что все указанные выше формулы, казалось бы, исчерпывающе описывают влияющие факторы, работы в данном разделе бетоноведения продолжились и в последующем.

Проста формула ВНИИЖелезо-бетона [4]:

/ = /, -V 0,45 • Ц — 0,18). (7)

Общеизвестна [5] широко применяемая (по причине ее простоты), вошедшая во многие нормативные и рекомендательные документы, формула:

где А и А1 — эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние заполнителей.

Нетрудно убедиться в том, что формулы (8) и (9) являются развитием (с уточнением численных величин влияющих коэффициентов) формулы (4).

Особенность формулы НИИЖБа [6] заключается в том, что она может быть использована для расчета прочности бетона не только нормального твердения (или с получением 70 % отпускной прочности после тепловой обработки):

но и с получением 100 % отпускной прочности после тепловой обработки:

/б =(0,16-/ц + 7)) — 5,6. (11)

Формула Гершберга-Левина [7] учитывает плотность цемента рц в качестве одного из влияющих факторов:

Оригинальна формула В. Н. Шми-гальского [8], отличительной особенностью которой является введение в число влияющих факторов расхода воды В:

А в формуле, предложенной В. И. Соломатовым [9], одним из влияющих факторов является расход цемента Ц:

где Кб — коэффициент, зависящий от вида заполнителей (может быть принят равным 0,6 для тяжелых бетонов и 0,2 для легких).

Формула, предложенная Г. В. Несве-таевым [10], внешне несколько напоминает формулу Н. М. Беляева:

Большой вклад в развитие науки о бетоне внесли и отечественные ученые.

Так, формула И. Н. Ахвердова [11] учитывает свойства цемента и одновременно (посредством коэффициента кп) размеры испытываемых образцов:

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

где кп — коэффициент, зависящий от размеров испытываемых образцов и коэффициента нормальной густоты цемента; Кнг — коэффициент нормальной густоты цемента (водоцементное отношение цементного теста, соответствующее нормальной густоте цемента); кз — коэффициент, учитывающий вид заполнителя; п х — коэффициент, учитывающий содержание тонкодисперсных фракций в цементе и заполнителе.

Оригинальность формулы, предложенной М. А. Шалимо [6], заключается в том, что прочность бетона связана не с водоцементным отношением бетонной смеси, а с относительным водосодержани-ем цементного теста Х:

где Кк — коэффициент качества цемента, зависящий от нормальной густоты цемента; Кз — коэффициент, учитывающий вид и предельную крупность зерен заполнителя, а также соотношение модулей упругости заполнителя и раствора в бетоне; Х — относительное водосодержание цементного теста (отношение водоцементного отношения цементного теста к коэффициенту нормальной густоты).

Одна из новейших капитальных разработок [12], выполненных под руководством профессора Н. П. Блещика, -многофакторная модель (упрощенная применительно к подбору состава бетона), связывающая прочность бетона с произведением ряда функций, учитывающих влияние разнообразных факторов:

/б = кТО ф/кр.з )’ф(/вяж )х

где кТО — коэффициент, учитывающий

условия твердения бетона; ф(/вяж) —

функция активности вяжущего;

ф(шдК) — функция относительного со-

— функция приведенного це-

функция прочности крупного заполнителя.

Необходимо оговориться, что согласно [12] зависимость предназначена (в случае разрушения по цементному камню) для расчета прочности бетона классов С 35/45 и выше.

В. П. Сизов [13], устраняя недостатки формул (8) и (9), предложил единую формулу, максимально, посредством ряда поправок, учитывающую многочисленные влияющие факторы:

где К1 — коэффициент, зависящий от минералогического состава цемента; К2 — коэффициент, учитывающий уровень производства бетона; А — коэффициент, учитывающий особенности крупного и мелкого заполнителей; ^ДА — поправки к величине коэффи-

циента А, зависящие от удобоукладывае-мости бетонной смеси, нормальной густоты цемента, модуля крупности песка, наибольшей крупности щебня, водоцементного отношения, соотношения прочностей каменной породы и бетона.

В [14] предложены как упрощенный вариант формулы для расчета прочности бетона:

так и развернутый, учитывающий свойства заполнителей согласно заимствованной из (18) функции прочности крупного заполнителя:

Можно отметить, что все приведенные (а также иные подобные, не вошедшие в выборку) формулы имеют один общий недостаток — они ориентированы только на расчет прочности бетона в возрасте 28 суток. Значения же прочности бетона в любом возрасте по ним рассчитаны быть не могут, поскольку в формулы не входит фактор времени как в прямом, так и косвенном виде.

Но существуют иные принципы к подходу расчёта прочностных характеристик бетона. Т. Пауэрс [15] предложил увязывать прочность цементного камня с долей образующегося в процессе гидратации цементного геля в доступном пространстве, то есть в разработанной им зависимости фигурирует степень гидратации цемента, прямо зависящая от времени твердения материала. А. Е. Шейкин [16], основываясь на воззрениях Т. Пауэрса, предложил соответствующую формулу для расчета прочности цементного камня. В [17] сделана попытка связать прочность со степенью гидратации цемента, а также величиной тепловыделения, что в принципе правильно, но не доведено до инженерной стадии расчета. Возможно также

определение прочности по величине контракции системы «цемент — вода» [18], однако и в этом случае необходимо экспериментальное определение первоначального соотношения величины контракции цемента и прочности бетона либо цементного камня. В [19] сделана попытка оценки прочности бетона в зависимости не от водоцементного отношения смеси, а от объемной концентрации цемента в цементном тесте. Отмеченные примеры показывают актуальность и необходимость поиска новых подходов к описанию кинетики прочности.

В [14] представлена формула для расчета прочности бетона, являющаяся развитием некоторых положений В. В. Бабкова [20] и получившая возможность для практического применения благодаря найденному И. Н. Ахвер-довым и В. А. Богданом [21] соответствию водоцементного отношения раствора и нормальной густоты цемента при определении активности вяжущего. Она учитывает не только традиционные факторы (активность цемента /ц и В/Ц), но и физические свойства цемента кц, степень его гидратации а, объем цементного теста в 1 м3 бетона ¥т:

Степень гидратации цемента в проектном возрасте может быть рассчитана (без учета дополнительных влияющих факторов) как функция относительного водосодержания цементного теста [22]:

60 • Х — 3](1,65 • Х)2 • е1,65-х; (23)

И. В. Вольф [23] подверг сомнению общепринятый закон водоцементного отношения и ввел новое понятие — фактор прочности бетона, который определяется соотношением масс химически связанной в процессе гидратации цемента воды и химически не связанной:

где К — относительный показатель использования активности цемента в бетоне (рекомендуется принимать в пределах от 0,8 до 1,2); Вх.с. — вода, химически связанная цементом при гидратации, кг; Вн.с. — вода, не связанная химически при гидратации цемента (поровая), кг.

Масса химически связанной воды определяется относительным количеством химически связанной воды от массы цемента Жх.с. и расходом цемента Ц на 1 м бетона:

Масса же химически не связанной воды определяется разностью расхода воды, идущей на затворение бетонной смеси В, и массы химически связанной воды:

Автор формулы (25) указывает на то, что прямое определение степени гидратации цемента весьма сложно, поэтому величину Жх.с. рекомендует принимать (из условия обеспечения максимального значения прочности бетона) постоянной и равной 0,2.

Итак, имеется ряд формул для расчета прочности бетона. Какая из них может быть рекомендована для практического применения

Анализ точности формул

Для оценки точности формул были сопоставлены фактические величины прочности бетона с рассчитываемыми по приведенным выше формулам. Фактические величины прочности брались из

[23-25], при этом выборки были нацелены на широкое изменение величин водоцементного отношения, активности и расхода цемента, прочности крупного заполнителя. Всего фактических результатов п было около 500.

Представленные на рис. 1 достаточно хаотические результаты вполне убедительно подтверждают ранее сделанное заключение [2]: «. Многочисленные попытки уточнить зависимость прочности бетона от водоцементного отношения и ряда других факторов не увенчались успехом. Усложнение формул и введение различных поправок не дает желаемого повышения точности технологических расчетов, поскольку вряд ли удастся учесть в этих формулах все факторы, влияющие на прочность бетона .».

Для количественной оценки точности формул произведен статистический анализ. Естественно, более точна та формула, для которой сумма отклонений фактической величины прочности бетона от рассчитанной минимальна. Считалось, что точность той либо иной формулы тем выше, чем меньше коэффициент вариации V отклонений единичных значений расчетной прочности бетона _/бр; от фактических /бф
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Гистограмма на рис. 2 наглядно отражает эффективность использования той либо иной формулы. Для наглядности на этом же рисунке приведена граница, соответствующая нормативному коэффициенту вариации прочности бетона (13,5 %). Интересно отметить тот несомненный факт, что формулы, полученные еще при основании бетоноведе-ния как науки, вполне удовлетворительно описывают зависимость прочности бетона от влияющих факторов. В то же время отдельные формулы, полученные

уже в период расцвета науки и предназначенные, казалось бы, для уточнения расчетов, весьма далеки от совершенствования. Естественно, авторы данной работы далеки от мысли, что ими проведен исчерпывающий анализ, но определенные

тенденции налицо. Например, точность формул (8) или (9), нашедших весьма широкое применение при проектировании составов бетона на заводах ЖБК, далека от идеала.

Рис. 1. Взаимосвязь прочности бетона, рассчитываемой по различным формулам, с фактической прочностью

(17)(25) (18) (12) (7) (1) (22) (10) (16) (30) (21) Формула

Рис. 2. Точность расчета прочности бетона по различным формулам

Более подробно рассмотрим формулы, содержащие в основе степень гидратации цемента, как более перспективные и позволяющие оценивать промежуточные величины прочности бетона, в частности, формулу И. В. Вольфа.

Как видно из полученных данных, формула (25) характеризуется весьма высоким коэффициентом вариации, что, казалось бы, делает ее бесперспективной. Это объясняется двумя существенными недостатками.

Во-первых, величина относительного количества химически связанной воды, как уже отмечалось, принимается постоянной и равной 0,2 на всем диапазоне водоцементных отношений (рис. 3). На самом же деле это далеко не соответствует теоретическим выкладкам и экспериментальным результатам. Проанализированные нами теоретические и фактические изменения степени гидратации цемента представлены на рис. 3. Наглядно видно,

что зависимость фактической степени гидратации цемента а от водоцементного отношения имеет криволинейный характер, что не было учтено И. В. Вольфом. Если формулу (25) видоизменить и представить как функцию количества химически связанной воды, выраженную через степень гидратации цемента (считая по Т. Пауэрсу, что при полной гидратации цемента химически связанная вода составляет около 23 % от массы цемента), то получим выражение

где степень гидратации цемента может быть рассчитана по формулам (29) или (30).

Рис. 3. Зависимость степени гидратации цемента от водоцементного отношения

Из графика на рис. 2 следует, что точность расчетов (величина коэффициента К принята постоянной и равной 1) по формуле (29), во-первых, существенно выше, чем по классической формуле И. В. Вольфа. И это естественно, поскольку общеизвестно, что количество химически связанной воды

определяется степенью гидратации цемента, а она, в свою очередь, зависит от множества факторов: минералогического состава цемента, вида и количества химических добавок, водоцементного отношения бетонной смеси, условий твердения и возраста бетона и пр.

Во-вторых, выбор коэффициента К в (25) не подкрепляется четкими рекомендациями и произвольно принимается в пределах от 0,8 до 1,2, что предполагает весьма значительные отклонения рассчитываемых значений прочности бетона от фактических. В связи с этим вернемся к графикам на рис. 3 и обратим внимание на то, что в области водоцементных отношений около 0,4 имеет место явный перегиб кривых степени гидратации цемента. Это говорит о том, что соотношение химически связанной и химически не связанной воды не может однозначно описывать функцию прочности бетона на всем диапазоне водоцементных отношений. Поэтому попытаемся коэффициент К принимать в зависимости от В/Ц. Кроме того, введем в формулу (29) показавшую свою эффективность функцию прочности крупного заполнителя:

Прочность бетона

Бетон — это сложное многокомпонентное вещество, проявляющее свои свойства в зависимости от качества исходных компонентов, их пропорций, условий окружающей среды при твердении и степени уплотнения, а также его возраста (время, прошедшее с тех пор, как он был залит и оставлен для застывания). Основным параметром, важным для эксплуатации, является прочность.

Прочность бетона — это способность конструкции выдерживать нагрузки во время эксплуатации, вызывающие в нем внутренние напряжения, и противостоять воздействию внешней среды без разрушения. Прочность измеряет способность бетона выдерживать расчетные нагрузки. Предварительное измерение прочности важно при выполнении любых работ, т.к. позволяет подобрать бетонную смесь с заданными параметрами под конкретную задачу.
.

Основные виды прочности бетона:

  • Нормируемая — прочность бетона в проектном возрасте или ее доля в промежуточном возрасте, установленная в нормативном или техническом документе, по которому изготавливают бетонную смесь, изделие или конструкцию.
  • Передаточная – прочность бетона предварительно напряженных изделий на момент передачи на него предварительного натяжения арматуры.
  • Отпускная — прочность бетона, при которой изделие разрешается отгружается с завода-производителя потребителю. Величину отпускной прочности определяют с учетом времени транспортировки на объект, монтажа и возможности дальнейшего нарастания прочности бетона в изделиях в зависимости от климатических условий и времени года.
  • Распалубочная – это минимальная набранная прочность бетона, при которой возможно начинать распалубливание (снимать опалубку), не повреждая бетон.
  • Проектная (марочная) — прочность бетона в возрасте 28 суток (или в другие сроки, указанные в нормативных документах), гарантированное время его застывания, допускающая передачу на изделие полной проектной нагрузки, т.е достигшее максимальной 100% прочности. Промежуточный возраст — временной интервал, который находится в проектном периоде.
  • Требуемая — минимально допустимое среднее значение прочности в исследуемой партии, соответствующее нормируемой прочности бетона при ее фактической однородности. Устанавливается с учетом однородного состава субстанции.
  • Фактическая — среднее значение прочности бетона, рассчитанное по результатам ее определения в партиях бетонной смеси, изделий или монолитных конструкциях.
  • Критическая — это порог минимальной прочности, по достижению которого бетон переходит в стабильное состояние. Дальнейшее замораживание состава уже не приведет к разрушению структуры и потери прочности, а при оттаивании он лишь продолжит ее набирать.

Классы и марки бетона

В силу того что конструктивные элементы здания (фундамент, стены, лестницы) в процессе эксплуатации должны выдерживать различную степень нагрузки, при строительстве используется бетон с различными характеристиками. Марка и класс бетона — важные прочностные показатели, учитываемые при сооружении любого объекта. Для того чтобы не переплачивать за дорогой состав, важно определить их.

  • Марка бетона — среднее значение прочности, полученное при оценке серии образцов. Обозначается — М50, М100…М1000 (цифры указывают на то, какую нагрузку в килограммах может выдержать 1 см бетонной поверхности). Например: если возьмем бетон марки М200, сформируем из него 5 кубов, испытаем их под прессом, то каждый из них покажет разные значения прочности. Но среднее значение будет равно 200 кг/см 2 .
  • Класс бетона — это минимальное гарантированное значение прочности бетона, полученное при рассмотрении серии образов. Величина «класс бетона» введена позднее, регламентируется СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции» и учитывает неоднородность прочности бетона. Обозначение: B3.5, В5…В60 (цифровое значение соответствует давлению, которое бетонный кубик или призма выдерживает без разрушения в мегапаскалях, МПа). Например: класс В25 говорит о том, что при анализе 100 одинаковых образцов из этого бетона не менее 95 шт имеют кубиковую прочность R>=25МПа.

Обобщая: класс указывает гарантированные цифры, марка— только среднее значение.

Применение марок бетона по прочности на сжатие на данный момент сочли потерявшим физический смысл, т.к. по действующим документам прочностные характеристики бетона регламентируются с учетом однородности прочности бетона.

Таблица соответствия классов и марок

Соотношение между классами бетона по прочности в МПа и ближайшими марками по прочности в кг/м3 при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5% для конструкционных бетонов.

Класс бетона по прочности на сжатие, МПа Средняя прочность бетона, кгс/см² Ближайшая марка по прочности Класс бетона по прочности на сжатие Средняя прочность бетона, кгс/см² Ближайшая марка по прочности
В0,35 5,01 М5 B27,5 360,2 M350
В0,75 10,85 М10 B30 392,9 M400
В1 14,47 М15 B35 458,4 M450
В1,5 20,85 М25 B40 523,9 M550
В2 28,94 М25 B45 589,4 M600
В2,5 32,74 М35 B50 654,8 M700
В3,5 45,8 M50 B55 720,3 M700
B5 65,5 M75 B60 785,8 M800
B7,5 98,2 M100 B65 851,3 M900
B10 131 M150 B70 916,8 M900
B12,5 163,7 M150 B75 982,3 M1000
B15 196,5 M200 B80 1047,7 M1000
B20 261,9 M250 B90 1178,7 M1150
B22,5 294,7 M300 B100 1309,6 M1300
B25 327,4 M350

От чего зависит прочность бетона?

На итоговую прочность конструкции оказывает влияние несколько факторов:

  • количество и качество вяжущего (чем больше содержание цемента или иной компоненты, тем большей прочностью обладает конечный продукт);
  • вид и свойства заполнителя. (использование мелкофракционного зaпoлнитeля cнижaeт пpoчнocтныe xapaктepиcтики, а пpимeнeниe кpупнoфpaкциoнныx с шероховатой поверхностью обеспечивают лучшую адгезию и конечную прочность в итоге);
  • количество воды (излишeк жидкocти влeчeт к oбpaзoвaнию пop, которые cущecтвeннo cнижaют экcплуaтaциoнныe cвoйcтвa и cpoк cлужбы кoнcтpукции, а недостаток – приведет к невозможности правильной укладки смеси);
  • температурные условия (лучшей температурой окружающей среды для затвердевания раствора является +15…+20°С с относительной влажностью 90–100%. При температуре ниже 0 °С бетон перестает твердеть, а в жаре и сухости быстро теряет влагу, может покрыться трещинами);
  • качество смешивания ингредиентов и степень уплотнения (чем плотнее связаны между собой частицы раствора, тем долговечнее получится сооружение).

Как увеличить прочность бетона?

Для повышения эксплуатационных качеств бетонных изделий строители добавляют в состав специальные добавки (пластификаторы, стабилизаторы), используют портландцемент в качестве вяжущего, укрепляют фиброволокном и арматурой, а готовые конструкции покрывают пропиткой.

Зимнее бетонирование

При минусовой температуре затвердевание раствора сопряжено с трудностями. Бетонный раствор — это смесь из наполнителей и воды. При замесе происходит гидратация (соединение с водой). При понижении температуры до -5⁰С застывание состава замедляется в 2 раза, а при нулевой и вовсе прекращается. Начиная с 0⁰С вода в растворе начинает замерзать с образованием кристаллов льда. При этом она расширяется и разрушает структуру бетона, не набравшего критическую прочность.

Поэтому главным условием для успешной заливки в мороз является соблюдение технологии твердения, а именно — сохранение тепла и влажности. Оптимальной температурой для набора марочной прочности является температура около 20⁰С.

Для успешного набора критической прочности требуется от 3 до 7 дней, в течение которых проводят мероприятия для искусственного нагрева свежеуложенного раствора.

  • Утепление, обогрев бетонируемой площадки тепловыми пушками, системами подогревающих кабелей — затратный метод, требующих большого объема энергии.
  • Введение противоморозных присадок (уменьшающих температуру замерзания воды или увеличивающих скорость затвердевания раствора) — самый экономный метод.

За первую неделю бетон способен набрать до 60-70% марочной прочности, после чего его замораживание уже не приведет к пагубным последствиям. Снижение температуры ниже нуля только приостановит процесс вызревания, после оттаивания он вновь возобновится.

Как определить прочность бетона самостоятельно?

Визуально осмотрите подготовленный раствор.

  • Он должен иметь серый с синеватым оттенком цвет. Присутствие желтого или рыжего цвета говорит о превышении в рецептуре нормы песка.
  • При заливке небольшого количества в котлован должна получится лепешка без слоев и трещин.
  • Консистенция — однородная, без сгустков и комков, не расслаивается.

Застывшую конструкцию проверяем тестом при помощи молотка и зубила. Нанеся по бетону удар средней силы молотком (весом 0,3-0,4 кг), оцениваем глубину полученной вмятины и примерно соотносим с классом. Если она:

  • превышает 1 см — В5 (М75),
  • менее 0,5 см — В10 (М150),
  • на В15-25 (М200-250) — неглубокий след,
  • на В25 (М350) — незначительная отметина.

Обращайтесь в лабораторию «И.Д.К» Предложим индивидуальные условия на исследования!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *