Между маркой цемента и прочностью бетона существует зависимость

R _б ~ (=) 2 R _ц (0,81 ÷ 1,65)

Общий характер зависимости прочности бетона выражается функцией водноцементногоо отношения при постоянной активности (марке) цемента. Эта активность (марка) определяется условным методом испытаний растворов состава 1: 3 при В/Ц = 0,4

Формула прочности А.М. Беляева R _б = R _ц / А (В/Ц)ⁿ

где R_б – прочность бетона на сжатие (28 дней)

R_ц - прочность цемента на сжатие (28 дней)

А и n эмпирические коэффициенты: n = 1,5; А = 3,5 для щебня и = 4 для гравия

Проектирование состава бетона проводится схематичным опытным путем подбора; расчетная часть носит достаточно условный характер. Количество цемента и заполнителя, которые для прочности бетона имеют решающее значение, приходится определять при подборе состава бетонной смеси опытным путем с помощью табличных данных о водосодержании бетонов или по графикам водопотребности с учетом данных уже не столько по прочности, сколько по удобоукладываемости   бетонной смеси.

Переход к минимальным числовым значениям водоцементных отношений и нахождение этого конкретного минимума, как своеобразного функционала по прочности в котором участвует и минимум вяжущего вещества (В + Ц).

Между минимальными значениями В/Ц и (В + Ц) существует математически выраженная зависимость и даже взаимозаменяемость..

Пример

состава бетона в виде расхода материала по массе на 1 м³ уложенной и уплотненной бетонной смеси:

Цемент = 320 кг/м³; Песок = 680 кг/м³; Щебень = 1240 кг/м³;  Вода = 180 л/м³.

Иногда состав бетона выражают в виде количественного соотношения по массе между составляющими материалами относительно единицы массы цемента (например, Ц: П: Щ = 1:2:4 при требуемом количестве воды (В/Ц = 0,5)

Различают лабораторный и производственный составы бетона (сухие материалы и материалы с естественной влажностью)

  Проектирование состава бетона выполняют в следующей последовательности:

1. Назначают требования к (целевому) бетону на основе исходной информации о виде конструкции, условий ее эксплуатации и технологии изготовления  

2. Осуществляют выбор исходных материалов для получения бетона

3. Производят определение расчетного состава бетона

4. Уточняют состав на пробных замесах

5. Назначают производственный состав бетона

       Требования к прочности бетона - одно из основных требований - назначают в соответствии с проектно - технической документацией на конкретную конструкцию, исходя из условий эксплуатации бетонных изделий (морозостойкость, коррозионная стойкость, водопроницаемость и др.)

       Доля заполнителей в составе бетона составляет 80 – 90%

       Расход цемента в бетоне определяет пустотность щебня

       Прочность щебня должна быть примерно в два раза больше прочности бетона марки 300 и выше, при этом водопоглощение щебня не должно превышать 3%.

       Расход цемента возрастает с повышением удельной поверхности песка, т.е. с увеличением в нем количества мелких фракций (не рекомендуется использовать песок с М_к < 2 во избежание перерасхода вяжущего).

Расчет лабораторного состава бетона проводится по методу абсолютных объемов. В соответствии с методом расход всех четырех компонентов бетонной смеси должен быть такой, чтобы сумма абсолютных объемов составляла 1000 литров (при этом объем вовлеченного воздуха не учитывается):

Ц/ρ_ц + В + П/ρ_п + Щ/ρ_щ = 1000, где Ц + В + П + Щ - расход цемента, воды, песка и щебня в кг, соответственно.  ρ_ц  ρ_п  ρ_щ – истинная плотность цемента, песка и щебня в кг/м³, соответственно.

Таблица 5.12 «Ориентировочный расход воды на 1 м³ бетонной смеси на крупных заполнителях» /Крупность (щебень, гравий) /Марка бетона по удобоукладываемости/

Стр. 213 СЖ1, Ж4 – Ж1 для щебня 20 мм от 150 до 185  л/м³

Примечание* Расход воды дан для смесей на цементе с нормальной густотой теста 27% и песка с модулем крупности М _кр = 2 при изменении густо теста – корректировка на 3-5 л/м³ на каждый процент (), в случае изменения модуля крупности на 0,5 в меньщую сторону – увеличение расхода воды на 3-5 л/м³ и наоборот.

Нормативным сопротивлением бетона осевому сжатию Rbn является его призменная прочность с обеспеченностью 95%. С такой же обеспеченностью принимается и нормативное сопротивление бетона осевому растяжению. Значения Rbn и Rbtn определяются по нормативному сопротивлению кубиковой прочности по формулам:

Rbn =Rbm(l- l,64i)b)=(0,77- 0,00125В)В> 0,72В;
з?(2-42)
Rbtn = Rbtm(l-l,64ubt)=0,53vB2.k>

где k = 0,8 для бетонов класса В35 и ниже, к = 0,7 для бетонов класса В40 и выше

Следовательно, нормативным сопротивлением бетона сжатию R_bn является призменная прочность с обеспеченностью 0,95, а нормативным сопротивлением арматуры растяжению R_sn – условный или физический пределы текучести с обеспеченностью 0,95.

В расчетах по прочности сечений используют не нормативные, а более низкие - расчетные сопротивления материалов, взятые с запасом по отношению к нормативным: R = R_n/g, где g - коэффициент надежности по прочности. Для бетона g_b =1,3.

За нормативное сопротивление бетона принимают гарантированное значение его прочности с обеспеченностью 95 % при коэффициенте вариации v 0,135

Исходя из значения % V m оценивают обеспеченностьгарантированных значений прочности бетона не менее В.

                   Например, из 100 испытанных кубов не менее 95 должны обладать прочностью не менее В.

       В результате гидратации портландцемента - конг­ломерата различных клинкерных фаз (и небольшого коли­чества гипса) - образуется сложная система состоящая из гидратов новообразований различной дисперсности, структуры и состава и значительного количества свобод­ной, не вступившей в химические реакции воды. В этой системе новообразования взаимодействуют между собой и реагируют с исходными клинкерными фазами. Состав новообразований зависит от температуры среды, кон­центрации извести, щелочей в водной части системы [72], поэтому большое значение для процессов гидрата­ции имеет количество воды затворения, т. е. водоцементное отношение. Гидратация клинкерных фаз начинает­ся одновременно по всей поверхности контакта клинкерного зерна с водой, однако, каждая фаза гидратируется со своей скоростью.

           На начальной стадии взаимодействия цемента с водой затворения на активных участках поверхности происходит процесс гидролиза с выходом в жидкую фазу. В результате на частичках вяжущего образуется поверхностный слой, представленный группировками силикатных ионов. В конце индукционного периода под действием осмотического давления происходит разрыв поверхностной пленки.

       Гидраты образуются как внутри частиц (внутренний - CSH), так и на поверхности. Структура внутреннего и внешнего гидрата существенно различается.