Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Прочность бетона

Прочность бетона



Прочность рассматривается как способность твердых тел сопротивляться разрушающему действию внутренних напряжений, возникающих от нагрузок и других факторов.
Прочность бетона определяется его структурой, составом и свойствами компонентов.
В зависимости от характера возникающих в бетоне напряжений, его прочность характеризуют сопротивлением сжатию, растяжению и изгибу. Бетон является хрупким материалом, его разрушение наступает при сравнительно невысокой деформации, он хорошо сопротивляется действию сжимающих усилий. Прочность бетона при растяжении составляет 1/8-1/20 его прочности при сжатии.
Различие прочности бетона при растяжении и сжатии объясняется неоднородностью поля напряжений в материале, возникновением локальных концентраций напряжений, что связано с неоднородным строением бетона, образованием микротрещин и пор. Наиболее важной характеристикой бетона является предел прочности при сжатии Rсж. Вместе с тем, когда это необходимо по условиям работы в конструкции, к бетону предъявляются требования по величине предела прочности при изгибе Rизг и растяжении Rраст. В благоприятных условиях твердение некоторых гидравлических вяжущих веществ (например, портландцемента) продолжается в течение многих лет. Установлено, что прочность бетона повышается с увеличением степени гидрации цемента и объема новообразований. Следовательно, результат определения предела прочности при сжатии будет зависеть от возраста бетона. Кроме того, прочность испытуемых образцов зависит от их формы и размеров.
Для учета основных факторов, влияющих на результат испытаний, введено понятие «класс бетона по прочности».
Для определения класса бетона необходимо предварительно установить среднее значение предела прочности при сжатии (R) путем испытания образцов кубической формы размером 15x15x15 см, изготовленных стандартным способом из бетонной смеси и испытанных через 28 дн. нормального твердения - при температуре (20 ± 2) °C и относительной влажности не ниже 90 % (бетон на портландцементе и смешанных цементах).
Размер образцов следует также принимать в зависимости от наибольшего диаметра заполнителя (наибольшей крупности). Иногда изготавливают образцы 20x20x20 см, 10x10x10 см и др. Для них установлены переводные коэффициенты прочности эталонного образца (табл. 6.4).
Прочность бетона

Приготовление бетона требуемого класса обеспечивается на бетонном заводе путем правильного выбора материалов и состава бетона.
При проектировании бетонных конструкций используется нормативная кубиковая прочность Rн, которая определяется по формуле
Прочность бетона

По СНиП 11-21-75 для тяжелых бетонов коэффициент вариации принимался равным 0,135, т. е. Rн = 0,78 R, независимо от условий производства и однородности бетона.
Проведенные в последние годы исследования показали, что явления, определяющие прочность бетона, постепенно зарождаются в микроскопических объемах этого материала. Под действием напряжений, например при растяжении, в бетоне возникают клиновидные микротрещины, и разрушение образца может быть обусловлено развитием одной из трещин, пересекающей его сечение. Следовательно, прочность бетонного образца в целом определяется прочностью наиболее слабого его элемента. Этим объясняется весьма значительный разброс результатов при определении прочности образцов в лабораторных условиях. Поэтому при контроле необходимо не только определить прочность, но и оценить однородность бетона по прочности методами математической статистики.
На практике коэффициент вариации не является постоянным, он определяется на основании статистической обработки результатов испытаний крупных серий бетонных образцов на различных заводах и может иметь разные значения, в зависимости от условий производства. Поэтому в 1986 г. введено понятие «класс бетона по прочности». Класс бетона по прочности устанавливают по нормативной кубиковой прочности Rн (МПа). Для тяжелого бетона установлены следующие классы по прочности на сжатие: В3,5; В5; В7,5; B10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80; где 3,5; 5; 7,5...80 - нормативная кубиковая прочность, МПа.
Среднее значение прочности при сжатии образцов-кубов, соответствующее заданному классу бетона, можно установить по формуле
Прочность бетона

Очевидно, что с понижением стабильности результатов определений прочности бетона и соответственно ростом коэффициента вариации будет возрастать средняя прочность, необходимая для обеспечения заданного класса бетона, что приведет к дополнительным затратам при производстве (рис. 6.5).
Бетоны подразделяются также на классы по прочности на осевое растяжение (от Bt0,4 до Bt4,0) и по прочности на растяжение при изгибе (от BtbO,4 до Btb8,0).
Факторы, влияющие на прочность бетона
Бетон является материалом неоднородного (конгломератного) строения, состоящим из заполнителей, прочно соединенных между собой цементным камнем, поэтому его прочность зависит от свойств компонентов, характера физико-химического и физико-механического взаимодействия между ними, объема и характера размещения пор. Наиболее важные факторы, влияющие на прочность бетона: а) прочность заполнителей; б) сцепление между цементным камнем и заполнителями; в) прочность цементного камня в бетоне; г) продолжительность и условия твердения; д) плотность бетона в целом (степень уплотнения бетонной смеси).
Прочность бетона

Прочность заполнителей оказывает отрицательное влияние на прочность бетона, если она ниже прочности цементного камня, например, в легких бетонах на пористых заполнителях. Класс легких бетонов по прочности лимитируется заполнителем и в меньшей степени - цементным камнем.
В тяжелых бетонах применяют заполнители из плотных горных пород, прочность которых в 1,5-2,0 раза выше прочности цементного камня. Поэтому естественные колебания прочности заполнителей мало отражаются на прочности тяжелого бетона.
Сцепление цементного камня с заполнителями обеспечивает монолитность бетона и влияет на прочность. Сцепление можно рассматривать как способность зерна заполнителя сопротивляться отделению от цементного камня. При плохом сцеплении разрушение бетона происходит по поверхности контакта цементного камня с заполнителем. Сцепление обусловлено адгезией, т. е. слипанием поверхностей цементного камня и заполнителей (адгезионное сцепление), и силами трения, возникающими на поверхности контакта (механическое сцепление). Сцепление увеличивается за счет усадки цементного камня и бетона, связанной с удалением воды и сокращением объема гелевой составляющей цементного камня. Вследствие сопротивления, которое заполнитель оказывает деформациям усадки, происходит обжатие зерен заполнителя и увеличивается их сцепление с цементным камнем. Следовательно, факторы, влияющие на величину усадки бетона, оказывают влияние и на сцепление.
Так как сцепление обусловлено также и силами трения, то применение заполнителей с шероховатой поверхностью, например щебня вместо гравия, при низких В/Ц (менее 0,4) позволяет повысить прочность бетона при сжатии.
Уменьшение сцепления может быть следствием несплошного контакта (точечного примыкания), размещения в контактной зоне кристаллов Ca(OH)2, глины и пыли.
Силы, действующие на поверхности контакта цементного камня с заполнителем, и их влияние на прочность бетона при сжатии, растяжении и изгибе остаются недостаточно изученными. Установлено, например, что в некоторых условиях может иметь место химическое взаимодействие между компонентами цементного камня и заполнителями.
Так, применение заполнителей из карбонатных пород (известняков, доломитов) позволяет повысить сцепление. Такой же эффект дает автоклавная обработка заполнителей, содержащих SiO2, в щелочных средах, например в известковом растворе, что приводит к образованию гидросиликатов кальция переменной основности на поверхности зерен. При этом возрастет вероятность образования гидратированных фаз на поверхности заполнителя при твердении и, как следствие, повышаются сцепление и прочность бетона при растяжении и изгибе.
Прочность цементного камня зависит от активности, марки и класса цемента, водоцементного отношения (В/Ц), продолжительности, и условий твердения, и других факторов.
С повышением активности цемента растет прочность цементного камня и бетона, но она зависит также и от относительного содержания воды в цементном тесте, т. е. от В/Ц. Чем выше расход воды, тем ниже прочность цементного камня. Портландцемент при твердении химически связывает 15-20 % воды от массы вяжущего, а для приготовления бетонных смесей заданной удобоукладываемости приходится вводить 40-60 % воды и более. Поэтому цементный камень и бетон всегда содержит несвязанную воду, которая образует поры. Чем выше В/Ц, тем больше пористость бетона и ниже его прочность. Следовательно, для данных заполнителей, состава бетона, степени уплотнения бетонной смеси и других факторов прочность тяжелого бетона является функцией активности цемента и водоцементного отношения:
Прочность бетона

Величина коэффициента К установлена при испытании цемента в растворах жесткой консистенции. Для щебня К - 3,5, для гравия - 4,0. При принятой в настоящее время методике определения марки (класса) цемента в растворах пластичной консистенции значения К должны быть меньше. В графической форме эта зависимость изображена на рис. 6.6.
Прочность бетона

Зависимость, установленная Н.М. Беляевым, справедлива только для плотных бетонов, когда бетонная смесь при укладке доведена до полного уплотнения. Ho для этого необходимо, чтобы удобоукладываемость бетонной смеси соответствовала принятому способу уплотнения. Поэтому Н.М. Беляев применял различные способы уплотнения бетонных смесей, в зависимости от удобоукладываемости и В/Ц.
Зависимость Rб = f(В/Ц) при постоянном (принятом) способе уплотнения приведена на рис. 6.7.
Опытным путем установлено, что для данных заполнителей, цемента и принятого способа уплотнения бетонной смеси существует оптимальное В/Ц, обеспечивающее приготовление прочного и плотного бетона. Любое изменение В/Ц от оптимального приводит к снижению его прочности.
Увеличение В/Ц повышает пористость цементного камня и бетона и снижает его прочность. Причиной снижения прочности бетона при уменьшении В/Ц является повышение жесткости бетонной смеси. Такую смесь трудно уплотнить, и в бетоне образуется значительное количество пустот и пор из-за недостаточного ее уплотнения.
Прочность бетона

Положение оптимума на графике зависит от способа уплотнения бетонной смеси. Например, увеличение интенсивности уплотнения смещает оптимум в область более жестких бетонных смесей и повышает прочность бетона. Практическое значение имеют бетонные смеси с В/Ц от оптимального и выше, так как увеличение В/Ц вызывает снижение прочности, но повышает удобоукладываемость бетонной смеси.
Из формулы Н.М. Беляева следует, что прочность бетона пропорциональна активности цемента. Поэтому на графиках (рис. 6.6. и 6.7.) должно быть несколько кривых, каждая из которых отражает зависимость Rб = f(В/Ц) для цемента определенной марки (класса).
Зависимость Rб = f(В/Ц) не учитывает влияния многих факторов, например степени гидрации цемента, его химических и физических свойств, температуры среды твердения и бетона. Поэтому по графику на рис. 6.6 можно определить приблизительные значения прочности бетона в зависимости от В/Ц.
Более удобной для практического использования является зависимость между прочностью бетона и Ц/В, выведенная И. Боломеем:
Прочность бетона

При испытании цементов в растворах пластичной консистенции А и A1 принимаются по табл. 6.5 в зависимости от качества заполнителей.
Прочность бетона

В действительности зависимость Rб=f(В/Ц) не является линейной, поэтому расчетом по выше приведенным формулам получают приближенные значения прочности бетона, которые следует уточнять путем изготовления и испытания конкретных бетонных смесей.
Из формул Н.М. Беляева и И. Боломея следует, что при постоянном В/Ц прочность бетона не зависит от расхода цемента и бетон требуемого класса можно получить при различных расходах вяжущего. Следовательно, увеличивая работу уплотнения, а также путем правильного выбора зернового состава заполнителя, использования смесей зерен заполнителей с наиболее плотной упаковкой можно понизить расход цемента и содержание цементного камня в бетоне.
Продолжительность и условия твердения
В благоприятных условиях твердение бетона на портландцементе продолжается длительное время и прочность его непрерывно увеличивается. Наиболее интенсивно бетон твердеет в течение первого месяца. Интенсивность изменения прочности бетона во времени зависит от типа цемента, тонкости его помола, В/Ц, условий твердения и других факторов.
Для портландцемента невысоких марок (классов) в возрасте от 3 сут. и более зависимость между прочностью бетона и логарифмом времени твердения близка к линейной и определяется по формуле
Прочность бетона

Пользуясь этой зависимостью, можно приблизительно установить прочность бетона в возрасте Т, если известна его прочность в возрасте T1, например через 7 сут. Отношение 28-суточной прочности к 7-суточной обычно находится в пределах 1,3-1,7. Через сутки прочность бетона на портландцементе составляет 10-15 %, а через 7 сут. - 60-70 % от 28-суточной.
Бетон высокого качества можно получить только при надлежащем уходе на ранней стадии твердения. Необходимо создать и поддерживать режим, способствующий гидратации цемента, не допускать испарения воды из бетона. Скорость твердения бетона зависит от его температуры. Следует предохранять бетон от замерзания, так как при этом твердение прекращается.
Уплотнение бетонной смеси

Прочность бетона зависит от степени уплотнения бетонной смеси. При формовании изделий следует стремиться к полному уплотнению бетонной смеси. Полное уплотнение соответствует такому состоянию, когда в бетоне нет пор, заполненных воздухом: весь его объем занимают цемент, заполнители и жидкая фаза. Степень уплотнения можно характеризовать коэффициентом уплотнения
Прочность бетона

Недостаточное уплотнение бетонной смеси снижает прочность бетона. Например, недоуплотнение на 5 % (Купл = 0,95) может понизить прочность бетона при сжатии на 30 %.
Контроль прочности бетона (ГОСТ 18105)
При возведении сооружений из бетона важной операцией является контроль прочности бетона, установление соответствия проектной и фактической прочности, так как прочность бетона зависит от условий производства работ. Контроль прочности осуществляется путем изготовления и испытания стандартых образцов. Базовый образец имеет сечение 150x150 мм. Формование контрольных образцов следует производить по той же технологии и с теми же параметрами уплотнения, что и конструкции. Отбор бетонной смеси следует осуществлять не менее 1 пробы в смену (сборные конструкции) и 1 пробы в сутки (монолитные конструкции). Из бетонной смеси изготавливаются серии образцов для определения прочности бетона отпускной, передаточной, в промежуточном возрасте и в проектном возрасте. Образцы из ячеистого бетона получают путем выпиливания или выбуривания из конструкции. Режим твердения - нормальный, температура (20±2) °C и относительная влажность не менее 95 %. При возведении монолитных конструкций контрольные образцы должны находиться в условиях, одинаковых с условиями твердения конструкции.
Применяются также неразрушающие методы контроля прочности бетона (ГОСТ 22690): механические - упругого отскока, ударного импульса, пластической деформации, отрыва, скалывания ребра, отрыва со скалыванием; ультразвуковой метод (ГОСТ 17624).
При контрольных испытаниях бетона в конструкциях действующих зданий образцы получают также путем выпиливания или выбуривания (ГОСТ 28570). Диаметр образцов цилиндрической формы - 44-150 мм.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent