Общие свойства бетона

10.3.1. Прочность бетона.

Основные факторы, влияющие на прочность бетона – это прочность цемента и водоцементное отношение :

, (10.1.)

данную формулу называют законом водоцементного отношения, хотя зависимость от справедлива лишь в определенных границах. Суть закона состоит в том, что при постоянных материалах, технологии приготовлении и условиях твердения прочность бетона зависит от отношения. Для расчетов широко используется формула Боломея-Скрамтаева:

, (10.2.)

которая предусматривает, что в определенных интервалах прочность связана с величиной обратной и прямой с цементно-водным отношением . Коэффициент зависит от качества исходных материалов.

Знак «-» при ; «+» - .

На прочность бетона, кроме и , влияет вид цемента, формы заполнителей, характер их поверхности и т.д.

Для ориентировочного прогнозирования роста прочности бетона во времени можно использовать логарифмическую зависимость:

(10.3.)

Графики зависимости роста прочности бетона во времени см. рис. 10.10. На практике прочность бетона в проектном возрасте определяют пределом прочности на сжатие образцов-кубов с высотой ребра 150 мм. По прочности на сжатие установлены следующие классы бетона: В3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 40; 45; 50; 55; 60. Класс бетона гарантирует получение заданной прочности с надежностью 95 %.

а. б.

Рис. 10.10. Рост прочности бетона во времени: а – логарифмическая зависимость ; б – линейная зависимость

Бетон характеризуется неоднородностью структуры, что приводит к неоднородности его свойств. Неоднородность структуры обусловлена изменчивостью свойств материалов, составляющих бетон, колебаниями параметров технологических процессов, влиянием неучтенных факторов (износ оборудования, температура, влажность окружающей среды, погрешности при испытаниях и т.д.). На этом основании показатели свойств бетона можно считать величинами случайными, т.е. при испытании образцов одного и того же материала мы получаем разные значения, которые не можем предсказать заранее. Для оценки случайных величин используются статистические характеристики: среднее арифметическое, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации .Последние две характеристики используются для оценки однородности свойств бетона и зависят от разброса, т.е. отклонения данных от среднего значения. Чем больше разброс данных относительно среднего, тем больше значения и , тем меньше однородность бетона. Среднеквадратичное отклонение:

, (10.4)

где: - прочность -го образца;

- количество образцов;

- среднее значение прочности:

, (10.5)

Коэффициент вариации:

. (10.6)

Марка бетона не учитывает фактическую неоднородность прочности, а это может привести к тому, что прочность бетона в некоторых конструкциях окажется намного ниже требуемой по расчету, тогда как в других будет неоправданно завышена.

В связи с этим и используют класс бетона по прочности В. Он определяет величину прочности, гарантированную с обеспеченностью 0,95. Это означает, что прочность бетона при большом числе испытаний в 95 % случаев будет равна или больше гарантированной, а в 5 % - меньше.

Класс бетона и средняя прочность, при которой будет обеспечена гарантированная прочность, связаны зависимостью:

, (10.7)

где: - статистический критерий, зависящий от обеспеченности: при обеспеченности .

Значение определяется при статистическом контроле прочности на предприятии, а при отсутствие данных принимается равным нормативному: . Тогда

. (10.8.)

В случае необходимости определяют прочность бетона на изгиб (балки-призмы) и на осевое растяжение (образцы-восьмерки). По прочности на растяжение установлены следующие классы: 0,8; 1,2; 1,6; 2,0; 2,4; 2,8; 3,2.

Класс бетона по прочности на осевое растяжение определяют в случаях, когда эксплуатационные качества конструкции или их элементов зависят от работы растянутого бетона при недопустимости появления трещин.

10.3.2. Морозостойкость бетона.

Марка бетона по морозостойкости – это количество циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы в возрасте 28 суток, если прочность бетона не снижается больше, чем на 15 %. Нормами проектирование установлены такие марки бетона по морозостойкости: 50; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 800; 1000.

Микропоры содержат связанную воду, которая не замерзает при температуре до . Поэтому на морозостойкость влияют больше макропоры , образованные излишками воды.

Повышенной морозостойкости содействуют: содержание до 8%; снижение до 0,5¸0,4; введение в смесь гидрофобно-пластифицирующих и воздухо-образующих добавок, интенсивное уплотнение при укладке.

10.3.3. Водонепроницаемость бетона.

Для конструкций и сооружений, которые работают под действием определенного давления воды, важным показателем качества бетона является его водонепроницаемость. Водонепроницаемость характеризуется максимальным давлением воды, при котором не наблюдается просачивание воды через образцы. Марки по водонепроницаемости назначаются в зависимости от напорного градиента равного отношению максимального давления к толщине конструкции.

Определены следующие марки бетона по водонепроницаемости: 2; 4; 6; 8; 10; 12; 16; 18; 20.

Высокая водонепроницаемость достигается снижением , введением гидрофобно-пластифицирующих добавок, использованием специальных цементов (например, пуццоланового).

Кроме известных, необходимо назвать еще такие свойства бетона, как усадка, набухание, ползучесть, плотность.

Лекция 11. Проектирование составов бетонов. Технология приготовления б.с. Бетоны специального назначения, легкие бетоны

11.1. Проектирование составов бетонов.

11.1.1. Начальные сведения.

Зная необходимые характеристики составных частей бетона, можно проектировать его состав. Это делается для того, чтобы установить также соотношения между компонентами, которые обеспечивают следующие требования:

- удобоукладываемость б.с. (подвижная или жесткая смесь), т.е. решаются технологические требования;

- гарантируется прочность бетона после твердения в заданные сроки, т.е. решаются технические (конструктивные) требования;

- устанавливается минимальный расход цемента, т.е. решается экономическая задача.

При предварительном подборе состава бетона решаются следующие задачи:

- устанавливаются требования к бетону на основании характеристики сооружения или конструкции;

- определяется производитель материалов для бетона и уточняются их свойства;

- производится предварительный расчет состава бетона;

- проверяется состав бетона в пробном замесе;

- координируется состав бетона в случае изменения свойств заполнителей.

11.1.2. Предварительный расчет состава бетона.

В основу расчета положен метод «абсолютных объемов» - сумма абсолютных объемов компонентов уплотненной смеси составляет 1 м³:

(11.1.)

где - соответственно расход цемента, песка, щебня, воды, кг на 1 м³ б.с.;

- истинная плотность этих материалов .

Задача состоит в определении расхода каждого компонента в кг.

Расход воды (водопотребление) определяют ориентировочно по заданной составляющей, пользуясь специальными графиками:

. (11.2.)

Расход цемента определяется через -отношение (формула Боломея-Скрамтаева):

, (11.3.)

; - обычный бетон;

; - высокопрочный бетон;

где - прочность бетона на сжатие, [МПа, ];

- коэффициенты, определяющие качество заполнителей (высокое, рядовое, пониженное): ;

- активность цемента, [МПа, ].

При известных получают и : .

Расход щебня находится логическим рассуждением об оптимальной структуре бетона.

Объем уплотненной растворной части б.с.:

Это выражение обозначает, что цементное тесто тщательно заполняет все пустоты между зернами песка, покрывая при этом каждую песчинку. В свою очередь цементно-песчаный раствор в бетоне должен заполнять межзерновое пространство в щебне или гравии. Объем межзерновых пустот можно определить через насыпную плотность:

С учетом коэффициента раздвижки зерен крупного заполнителя объем растворной части бетона через пустотность крупного заполнителя можно обозначить:

.

Учитывая условие уравнения (15.1.), получаем:

(11.4)

Из этого уравнения находим расход щебня:

. (11.5)

Расход песка определяем из исходного уравнения при известных :

. (11.6)

Иногда, номинальный (лабораторный) состав бетона выражают, приводя расход всех компонентов к расходу цемента:

При этом обязательно указывается значение .

11.1.3. Приготовление пробного замеса.

Чтобы установить соответствие рассчитанного лабораторного состава бетона проектным заданиям, готовят пробный замес. Высота ребра контрольного образца-куба зависит от наибольшей крупности заполнителя и может быть 10, 15, 20.

Приготовив смесь, проверяют ее удобоукладываемость и фактическую среднюю плотность. В случае отклонения этих показателей от проектных, б.с. корректируют сменяя расход и с неизменным условием сохранения , поскольку данное изменение приводит к изменению проектной прочности.

11.1.4. Переход к рабочему (полевому) составу бетона.

Поскольку в производственных условиях заполнители имеют некоторую влажность, то с учетом этого необходимо пересчитать их расход на 1 м³ б.с. Т.е. расход воды уменьшить, а расход заполнителей увеличить.

Расчет расхода материалов с учетом влажности:

- песок: ; - вода в песке; ;

- щебень: ; - вода в щебне; ;

- вода: , где - влажность песка и щебня, %;

- цемент: .

Если необходимо рассчитать расход материалов на замес бетоносмесителя, определяют коэффициент выхода б.с.:

(11.7)

Физический смысл состоит в том, что он учитывает уменьшение объема б.с. после перемешивания в сравнении с суммой составляющих в насыпном состоянии без учета воды: . Зная можно рассчитать выход б.с. из бетоносмесителя.

Расход материалов на замес определяют по формулам:

- цемент: ;

- песок: ;

- щебень: ;

- вода: ,

где - объем бетоносмесителя, м³.

Дата добавления: 2014-01-07