Основной закон прочности бетона

Цемент при твердении химически связывает не более 20-25% воды от своей массы. Фактически же для обеспечения необходимой подвижности бетонной смеси берут 40-80% воды. Вода необходима также для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя. Свободная, химически не связанная вода образует в бетоне поры. Чем больше пор, тем ниже будет прочность бетона.

Исследованиями была установлена следующая зависимость:

R_ц

R_б = ---------- (формула Н.М.Беляева),

к(В/Ц)ⁿ

 

 

где: R_б - прочность бетона, R_{ц -} марка (активность) цемента, В/Ц - водоцементное отношение, к и n - коэффициенты, зависящие от вида бетона и качества заполнителей (к=3,5 для щебня и 4 для гравия, n=1,5 для тяжелого бетона).

На практике при подборе состава бетона пользуются линейной зависимостью:

R_б = А R_ц (Ц/В b) (формула И.Боломея-Б.Г.Скрамтаева),

где А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей (0,65; 0,6 и 0,55), b - постоянный коэффициент (для Ц/В =1,4-2,5 b=-0,5, а для Ц/В=2,5-3,3 b=+0,5). Бетоны с высоким цементно-водным отношением относятся к высокопрочным бетонам.

При расчете состава бетона используют также:

- уравнение абсолютных объемов:

Ц/ _ц+ В/ _в+ П/ _п+ К / _к = 1000 дм³, где Ц, В, П, К - расходы на 1м³ бетона соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг; _ц, _в, _п, _к - истинная плотность зерен этих материалов, кг/дм³ и

- уравнение, показывающее, что в плотно уложенном бетоне пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с учетом некоторой раздвижки зерен:

Ц/ _ц+ В/ _в+ П/ _п= К / _нк. a_к .к_разд, где _нк – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/дм³; a_к – пустотность крупного заполнителя; к_разд - коэффициент раздвижки зерен заполнителя.

Маркабетона по прочности - числовая характеристика, определяемая испытанием на одноосное сжатие стандартных образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава и испытанных в возрасте 28 сут. после твердения в нормальных условиях. (М100, М150.... М800, кгс/см² - для тяжелых бетонов).

Классбетона (В) - числовая характеристика, определяемая величиной гарантированной прочности с обеспеченностью 0,95. Это значит, что заданная прочность достигается в 95 случаях из 100.

Стандарт устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): В3,5; В5; В7,5;... В60. Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона - марке (при нормативном коэффициенте вариации 13,5%) следует применять формулу:

= В/0,778.

Деформативные свойства. Под нагрузкой бетон ведет себя как упруго-вязко-пластичное тело. При небольших напряжениях бетон деформируется как упругий материал, а при больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация. Ползучесть - способность бетона к увеличению деформаций под действием постоянной нагрузки какого-либо вида сжатия, растяжения, изгиба. Деформации ползучести затухают через несколько лет эксплуатации конструкции.

Усадка и набухание связаны с физико-химическими процессами, происходящими в бетоне при твердении, и изменением его влажности. Усадка у бетонов колеблется в основном от 0,2 до 0,4 мм/м в годичном возрастн; величина набухания значительно меньше.

Сцепление с арматурой для тяжелого бетона на портландцементе составляет примерно 15-20% предела прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут.

Водонепроницаемость бетона зависит от проницаемости цементного камня, заполнителя и контактной зоны. Характеризуется маркой по водонепроницаемости (МПа): W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; W1,2.

Морозостойкость определяет долговечность бетона и зависит от качества использованных материалов и капиллярно-пористой структуры бетона. Марки по морозостойкости: F50, F75... F500.

Теплопроводность изменяется от 1,3-1,7 Вт/(м.⁰С) для тяжелых бетонов до 0,2-0,7 Вт/(м.⁰С) для легких бетонов.

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) тяжелого бетона (10-12)^.10^{-6 0}С^-1 близок к КЛТР стали, что обеспечивает совместимость термических деформаций бетона и арматуры.

Разновидности бетонов

Разновидности бетонов, наиболее часто применяемые в строительстве, приведены в табл.7.5.

Помимо приведенных в табл. 7.5, применяют также гидротехнические, химически стойкие, особо тяжелые и гидратные бетоны, а также цементнополимерные, декоративные и др. бетоны.

 

. Вопросы для самоконтроля к главе 7

1. Что такое бетон?

2. По каким признакам классифицируются бетоны?

3. Какие требования предъявляются к материалам для бетона?

4. Какие виды добавок применяются для регулирования свойств бетонной смеси и бетона?

5. Что такое удобоукладываемость бетонной смеси и как она оценивается?

6. Назовите и кратко охарактеризуйте основные технологические операции при производстве бетона.

7. От каких факторов зависит прочность бетона?

8. Чем отличаются марка бетона и класс прочности бетона?

9. Какие разновидности бетонов Вам известны? Приведите их характеристику и особенности применения.

 

Таблица 7.5

Виды бетона

 

Вид бетона	Состав	Характерные свойства	Применение
Легкие бетоны на пористых заполнителях	Вяжущее - обычный и быстротвердеющий портландцементы, шлакопортландцемент; пористые заполнители неорганические и органические (употребляемые гораздо реже). Неорганические природные пористые заполнители: вулканический туф, пемза, известняк-ракушечник и др.; искусственные бывают: специально изготовленные (керамзитовый гравий, керамзитовый песок, аглопорит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковая пемза и проч.), и побочные продукты промышленности (топливные шлаки и золы, гранулированный металлургический шлак и др.).	- классы по прочности на сжатие (МПа): от В2 до В40 (для теплоизоляционных бетонов предусматриваются классы В0,35, В0,75, В1); -марки по прочности (кгс/см^2): М35-М500; - марки по морозостойкости: F25-F500; - марки по средней плотности (кг/м^3): D200-D2000; - марки по водонепроницаемости: W0,2-W1,2; - теплопроводность = 0,07-0,8 Вт/(м.^0С); - деформативные свойства и трещиностойкость лучше, чем у тяжелых бетонов.	- конструкционный бетон с =1400-1800 кг/м^3- для легких несущих железобетонных конструкций (пролетные строения, мосты, фермы, гидротехнические сооружения, элементы перекрытий, покрытий зданий и др.); - конструкционно-теплоизоляционный ( =600-1400 кг/м^3) - для ограждающих конструкций зданий; - теплоизоляционный ( менее 600 кг/м^3) – как теплоизоляционный материал.
Ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат)	Газо- и пенобетон: вяжущее – портландцемент; газо- и пеносиликат: вяжущее - молотая негашеная известь. Кремнеземистый компонент (молотый кварцевый песок, зола-унос ТЭС, молотый доменный шлак). Газобетон и газосиликат - газообразователь (обычно. алюминиевая пудра). Пенобетон и пеносиликат – пенообразователи (клееканифольный, гидролизованная кровь, сульфанол и др.).	- пористость 60-85%; поры замкнутые; - (кг/м^3) 300-1200; - классы по прочности на сжатие: В0,35-В12,5; - марки по прочности на сжатие М15 – М150; - = 0,14-0,37 Вт/(м.^0С); - марки по морозостойкости F15-F100; - водопоглощение по объему 28-40%; - огнестойкость; - легкость механической обработки.	Наиболее рациональная область применения – изготовление камней и блоков для ограждающих конструкций (стен) жилых и промышленных зданий: несущих – для малоэтажных зданий и ненесущих – для многоэтажных, имеющих несущий каркас; для легких железобетонных конструкций и теплоизоляции.
Крупнопористый бетон (беспесчаный)	Вяжущее – портландцемент, шлакопортландцемент (расходуется лишь для склеивания зерен крупного заполнителя); крупный заполнитель (плотный и пористый)	- пониженный расход цемента: 70-150 кг/м^3; - =1700-1900 кг/м^3 - на плотном заполнителе, 500-700 кг/м^3 - на пористом; - класс не более В7,5; - марки М15 - М75; - = 0,55-0,8 Вт/(м.^0С)	Целесообразно применять в районах, богатых гравием. Монолитные наружные стены зданий, крупные стеновые блоки (оштукатуривают с двух сторон, чтобы устранить продувание); как теплоизоляционный материал (на пористом заполнителе).
Высокопрочный бетон	Вяжущее - цементы высоких марок; особо быстротвердеющие цементы; высококачественные заполнители; суперпластификаторы; низкое В/Ц = 0,27-0,45, интенсивное уплотнение.	- марки М600-М1000; - морозостойкость: F50-F500; - высокое сопротивление поверхностному износу; - уменьшение расхода арматурной стали на 10-12%; - сокращение объема бетона на 10-30%.	Дорожное, аэродромное, гидротехническое строительство; полы промышленных зданий, защита от радиоактивного излучения и проч.
Дорожный бетон	Вяжущее – портландцемент М500 с содержанием С3S не более 10%, гидрофобный и пластифицированный портландцементы; для бетона оснований дорожных покрытий – портландцемент и шлакопортландцемент М300 М400; крупный заполнитель (щебень, гравий, щебень из шлака) высокой износостойкости; ограничение В/Ц (0,5-0,55); щелоче- и светостойкие пигменты, или цветные цементы, цветные заполнители (для цветных бетонов).	- Основная прочностная характеристика – проектная марка на растяжение при изгибе; - морозостойкость: в суровом климате не ниже F200, в умеренном –F150, в мягком – F100;	Для оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов; для декоративных целей при устройстве пешеходных переходов, разделительных полос на дорожных покрытиях, для изготовления элементов городского благоустройства.
Жаростойкий бетон	Вяжущие – портландцемент с активной минеральной добавкой (пемза, зола, шлак, шамот), шлакопортландцемент, глиноземистый и высокоглиноземистый цемент, жидкое стекло (условия кислотной коррозии); фосфатные и алюмофосфатные связующие; заполнитель –бескварцевые горные породы плотные и пористые, бой керамических и огнеупорных материалов.	Сохраняют в определенных пределах физико-механические свойства при длительном воздействии высоких температур – от 700 до 1700^0С (в зависимости от состава бетона).	Для промышленных агрегатов (облицовка котлов, футеровка печей, фундаменты доменных и мартеновских печей и т.п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (дымовые трубы и проч.).