Прочность бетона и факторы, влияющие на нее. Влияние марки цемента на прочность бетона


Прочность бетона

Прочность при сжатии является важнейшим свойством тяжелого бетона и основной его нормируемой характеристикой. Она зависит от большого числа факторов. Влияние времени и условий твердения уже рассмотрено выше. Две других группы факторов — это состав бетона и характеристики применяемых материалов.

Большинство факторов оказывает влияние на прочность вследствие изменения ими пористости. При этом важна не столько общая пористость бетона, сколько пористость цементного камня в нем.

Закон водоцементных отношений

Закон водоцементных отношений формулируется достаточно категорично: II прочность бетона на данных материалах зависит только от I В/Ц.

Разумеется, это справедливо для бетона определенного возраста и условий твердения. Это не препятствует широкому применению закона, так как обычно он используется для бетона стандартного возраста, твердевшего в нормальных условиях. Закон В/Ц является краеугольным камнем бетоноведения, так как позволяет «управлять» прочностью бетона.

Его физической основой является тот факт, что В/Ц определяет пористость цементного камня в бетоне. Именно она, а не общая пористость бетона, как это уже отмечалось выше, определяет его свойства. Поэтому возможна и расширительная трактовка этого закона: свойства бетона определяются в первую очередь водоцементным отношением.

Прочность бетона и расход цемента

Повышение Ц/В на практике осуществляют путем увеличения расхода цемента, так как количество воды обеспечивает подвижность смеси и поэтому не должно меняться. При постоянном количестве воды имеет место частная зависимость: прочность бетона определяется расходом цемента.

При росте расхода цемента эффективность его использования повышается. Это объясняется тем, что первые порции цемента, добавляемые в бетонную смесь, недостаточны для создания прочности. И лишь при приближении Ц/В к величине 0,5 прочность начинает расти, а эффективность использования цемента повышается. Это происходит до точки перегиба (Ц/В = 2,5), после чего прочность растет в меньшей степени.

В итоге наибольшая эффективность использования цемента из условия прочности достигается при его расходе 400-500 кг/м3. Это соответствует и положению об оптимальном содержании дисперсных частиц в бетоне, составляющем такую же величину.

Но бетоны с такими расходами цемента имеют высокий объем цементного камня, большие тепловыделение и усадку, что может приводить к трещинообразованию. Поэтому с более общих позиций (качества бетона) оптимальными считаются меньшие расходы цемента: порядка 300-400 кг/м3.

Расход цемента в бетоне регулируется выбором марки (класса) цемента в зависимости от уровня прочности бетона.

Зависимость прочности от Ц/В для конкретного производства

Формулы и графики прочности не учитывают, да и не могут учесть всех влияющих факторов. Например, качества заполнителей (коэффициенты, приведенные выше, имеют ориентировочный характер), объема цементного камня в бетоне или не поддающегося количественной оценке сцепления цементного камня с заполнителями. В итоге фактическая прочность, как правило, отличается от расчетной.

Если предприятие работает на постоянных материалах и выпускает бетон различной прочности, целесообразно уточнить зависимость прочности от Ц/В для этого конкретного производства.

Если же в производстве используются уже отработанные составы, то можно построить график зависимости по этим данным. Прочность каждого состава может быть принята по усредненным результатам ее производственного контроля. Это одновременно позволит оценить правильность подбора применяемых составов: все точки должны лечь около средней линии. Пример построения зависимости по экспериментальным точкам точкам приведен далее. Если какая-либо точка существенно «выпадает» из общей зависимости, соответствующий состав нуждается в проверке. В то же время небольшие отклонения экспериментальных точек от прямой являются вполне возможными.

Для сравнения полезно нанести и линии, построенные по формуле прочности бетона для разных значений А. Это позволит оценить качество применяемых материалов и уровень достигаемой прочности бетона.

Влияние объема цементного камня

Как было показано выше, основное влияние на прочность бетона оказывает качество цементного камня, т. е. его пористость, определяемая В/Ц. Но определенную роль играет и его количество в бетоне. Уменьшение объема пористого цементного камня и повышение концентрации заполнителей приводит к увеличению прочности бетона (при его определенном качестве, т. е. постоянном В/Ц).

Уменьшение объема цементного теста сопровождается снижением удобоукладываемости бетонной смеси. Или иначе: уменьшение подвижности или увеличение жесткости смеси приводит к росту прочности бетона. Влияние объема цементного камня относительно невелико в бетонах из подвижных смесей, где он составляет более 250-280 л/м3. Но оно существенно возрастает при переходе к жестким и сверхжестким смесям.

Повышение прочности происходит лишь до тех пор, пока при данной интенсивности уплотнения достигается качественное формование бетонной смеси (содержание воздуха до 2—3%). При дальнейшем снижении объема цементного теста смесь недоуплотняется и происходит спад прочности. Оптимум прочности не является постоянным, а зависит от интенсивности уплотнения.

При уменьшении интенсивности он сдвигается в сторону более подвижных смесей. И наоборот, при повышении интенсивности уплотнения (например вибрация с пригрузом или вибропрессование) оптимум прочности будет перемещаться сторону более жестких смесей с меньшими объемами цементного теста-камня, а сама прочность — увеличиваться. Оптимуму прочности соответствуют и максимальные значения ряда других свойств бетона (например морозостойкости).

Представленные данные иллюстрируют принцип назначения удобоукладываемости смеси для достижения наиболее высоких технических свойств бетона. Она определяется по оптимуму прочности, получаемому при данной интенсивности уплотнения. Но фактически принимается несколько большая удобоукладываемость смеси, чтобы при неизбежных производственных ее колебаниях не попадать в опасную зону недоуплотнения (слева от оптимума). Кроме того, учитываются и характеристики изделия (размеры, густота армирования).

В последнее время наблюдается тенденция к применению все более подвижных смесей. Расход цемента и объем цементного камня при этом увеличиваются (применяемые составы лежат справа от оптимума). Свойства бетона при росте объема цементногло камня несколько ухудшаются. Для их восстановления приходится снижать В/Ц дополнительным повышением расхода цемента. Качество бетона из высокоподвижных и литых смесей оказывается низким.

Но этого не происходит, если повышение подвижности смеси достигается не увеличением расхода воды, а введением добавок — эффективных пластификаторов. При этом водопотребность таких смесей остается на уровне малоподвижных смесей без добавок, объем цементного камня не увеличивается, качество бетона не ухудшается. Но существенно сокращается время и трудоемкость бетонирования, растет производительность труда.

Тенденция применения высокоподвижных смесей, пластифицированных добавками, является сегодня основной. Тем не менее бетоны оптимальных составов сохраняют свою область применения (например, при необходимости получения повышенных технических свойств).

www.uniexo.ru

Бетон, его прочность возможность влияния на нее

Навигация:Главная → Все категории → Бетонная смесь

Бетон, его прочность возможность влияния на нее Бетон, его прочность возможность влияния на нее

Прочность затвердевшего бетона зависит от: прочности цементного камня, прочности сцепления цементного камня с заполнителем.

Рис. 46. Зависимость (по Вальцу) между ВЩ, стандартной прочностью цемента и прочностью бетона

Оба фактора, однако, можно свести к понятию концентрации гелевидных составляющих, которая была подробно рассмотрена в разд. 3. Концентрация гелевидных составляющих зависит от степени гидратации (другими словами, от возраста), значения ВЩ и марки прочности цемента. Если мы установим степень гидратации постоянной (т. е. при всех дальнейших рассмотрениях примем возраст и температуру соответственно равными 28 сут и 20° С), то прочность бетона можно рассматривать зависящей только от качества цемента и значения ВЩ (рис. 46). Дополним еще, что данные о прочности цемента всегда принимаются для В/Ц== 0,5. Тогда ясно, что при постоянной прочности цемента (например, PZ 375) можно в зависимости от В/Ц получать различную прочность бетона. При этом прочность цемента закономерно отвечает прочности бетона, если значение В/Ц в рецептуре бетона равно 0,5. Естественно, что бетонная смесь при этом должна быть практически полностью уплотнена. Это требование считается выполненным, когда остаточное содержание пор в свежем бетоне, зависящее от концентрации, составляет не более 1—3%.

Отсюда следует вывод: прочность бетона при практически полном уплотнении, одинаковом возрасте и одинаковой температуре зависит только от марки прочности цемента и значения В/Ц. Количество цементного камня и заполнителя играет лишь второстепенную роль.

Диаграмма на рис. 46 выражает одну из главных закономерностей технологии бетона и служит в разд. 5 основой проектирования бетона.

Влияние формы зерен заполнителей на прочность бетона (круглое зерно гравийно-песчаного месторождения или угловатое зерно щебня, полученного искусственным дроблением) мы до сих пор не рассматривали. Несомненно, такое влияние существует, и мы можем проследить его на примере опыта по сжатию бетонного образца. После того как достигнут предел прочности при непрерывном нагружении образца, можно наблюдать типичное разрушение в виде отслоения боковин (рис. 47).

Характер разрушения делается понятным, если рассмотреть основные линии напряжения, возникающие в кубике (рис. 48). Горизонтальная составляющая напряжений, действующая на краевых плоскостях кубика, вызывает разрушение, обусловленное напряжением растяжения и среза. Подвергаемый давлению кубик разрушается от растяжения и среза. Это представляется парадоксом!

На возникающих плоскостях разрушения можно хорошо наблюдать влияние различной формы зерна. При наличии почти круглых зерен разрушение происходит преимущественно по площади контакта между зерном и цементным камнем, при шероховатых зернах щебня излом наблюдается чаще по зерну (рис. 49). Это явление можно объяснить тем, что связь между цементным камнем и зерном щебня вследствие большей шероховатости поверхности и лучшей сцепляе-мости при растяжении и срезе намного устойчивее, чем у цементного камня и зерна гравия, т. е. дробленый материал оказывается способным повышать прочность бетона. Противоположная тенденция наблюдается при увеличении водопотребности, но при той же консистенции смеси. Следовало бы применять дробленый материал только размером 4 или 8 мм. Дробленый песок, у которого площадь поверхности зерен почти на 40% больше, чем у природного песка, не рекомендуется применять, так как из-за этого сильно возрастает потребность в цементном клее.

Порода заполнителя может также существенно влиять на его сцепление с цементным камнем за счет реакций, протекающих на контакте между поверхностью породы и цементного камня. Известно особо хорошее сцепление цементного камня с известняком.

Из-за многообразия факторов, влияющих на прочность бетона, нецелесообразно корректировать зависимости, представленные на рис. 46.

Рис. 48. Характер распределения напряжений при сжатии бетонного кубика (сплошные линии — сжатие, пунктирные линии — растяжение)

Похожие статьи:Ремонт и восстановление бетонных изделий

Навигация:Главная → Все категории → Бетонная смесь

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

stroy-spravka.ru

Зависимость марки бетона от прочности

Содержание статьи:

Бетон, как рукотворный камень известен с давних времен. История его применения насчитывает несколько тысячелетий. Наибольшее применение бетон получил в строительстве. Пожалуй, ни одно сооружение не может обойтись без использования этого материала. И, хотя бетон в строительстве применялся давно, современный строительный бетон с использованием цемента — довольно молодой материал. Позабытая со времен Древнего Рима технология родилась заново в конце восемнадцатого века, и насчитывает немногим более двухсот лет.

Бетон – композитный материал. Так называют материалы, состоящие из нескольких компонентов. Различают бетоны на основе глины, извести, гипса, цемента, известково-кремнеземистой смеси, битума, полимеров.

Если говорить про обычный строительный бетон, то он включает в себя вяжущее — чаще всего цемент, и наполнители — обычно щебень и песок. После перемешивания с добавлением воды эта смесь постепенно превращается в камень, схватывается.

Заданные, требуемые свойства бетона обеспечиваются:

  • количеством и типом цемента,
  • видом и качеством наполнителей,
  • их пропорцией,
  • добавками,
  • водоцементным соотношением,
  • способом приготовления и доставки,
  • способом укладки и уплотнением,
  • уходом в процессе твердения и набора прочности

Характеристики бетона

Классификация бетона довольно сложна для неспециалиста. Заглянув ГОСТ 26633-2012, мы увидим характеристики бетона по классификационному признаку:

  • по основному назначению
  • по виду заполнителя
  • по условиям твердения
  • по прочности на классы: на сжатие, на растяжение при изгибе, на осевое растяжение
  • по средней плотности
  • по морозостойкости на марки
  • по водонепроницаемости на марки
  • по истираемости на марки

Прочность

Нас, конечно, интересует, прежде всего, прочность на сжатие, это главный показатель в строительстве. Классификация бетона по маркам в настоящее время используется редко, и в ГОСТ её нет. Чем отличается марка (М) бетона от класса (В)? Переход на классы обусловлен использованием единицы измерения давления принятой в международной системе единиц (СИ) – паскаль.

Цифра стоящая после буквы «В» обозначает давление в мегапаскалях, которое выдерживает кубик бетона со сторонами 15 см в 95 случаях из 100. Для марки эта величина указана кгс/кв. см. Для справки 1 МПа примерно равен 10,2 кгс/кв. см. Таким образом бетону класса В7,5 соответствует марка М100, класса В12,5 марка М150, класса В15 — М200.

От чего зависит прочность бетона?

От марки цемента. Чем она выше, тем выше прочность конечного изделия или конструкции. Часто в продаже встречается цемент марки 400 реже 500.

В качестве крупного заполнителя обычно применяется известняковый или гранитный щебень. Он тоже различается по маркам и крупности. Мелкий заполнитель — это песок. Лучше всего подходит кварцевый речной или морской песок средней крупности с малым содержанием пыли.

Водоцементное соотношение при всех прочих равных условиях является определяющим фактором. Для образования цементного камня большого количества воды не требуется. Но и недостаток воды влияет на удобоукладываемость. Поэтому для сохранения заданного водоцементного соотношения применяются пластификаторы – добавки, увеличивающие пластичность бетонной смеси.

Уплотнение бетона очень важный фактор. В процессе перемешивания в смесь вовлекаются пузырьки воздуха. В неуплотненной смеси они так и останутся в объеме бетона, что значительно снизит его прочность.

Для набора проектной прочности необходим уход за свежеуложенным бетоном. Особенно важно в ранние сроки, когда скорость набора прочности максимальна. Это длительный процесс. Заданную проектную прочность он будет набирать в течение месяца, в нормальных условиях — при температуре близкой к 20 градусов и влажности выше 90%.

kakpravilino.com

Прочность бетона и факторы, влияющие на нее

Всем привет и мы продолжаем изучать бетон во всей его красе. Как и было обещано, в данной статье мы будем рассматривать характеристики прочности бетона. Это предпоследняя статья цикла, в которой мы коснемся теоретической стороны дела. В заключительной статье будем применять приобретенные знания на практике частного строительства.

К прочностным характеристикам бетона относится не только его способность выдержать удар кувалды. Это более широкое понятие, в которое помимо прочего входит и жаростойкость бетона, и его способность противостоять агрессивным средам и низким температурам.

Прочность бетона

В первую очередь прочность бетона характеризуется его способностью выдерживать механические нагрузки. Тяжелые бетоны, повсеместно применяемые в жилищном и промышленном строительстве подвергают различным испытаниям. Проверяется прочность бетона при сжатии и растяжении при изгибе.

Как ни странно, но объем воды в бетонной смеси напрямую изменяет его прочность. Прочность бетона зависит и от активности цемента, то есть его марки. Чем прочнее бетон, тем выше марка цемента в нем используется.

Однако и с одной маркой цемента можно получить разную твердость бетона. Чем выше объем воды в бетонном растворе, тем ниже прочность получаемого бетона. Здесь приходится соблюдать определенный баланс. С одной стороны сохранить текучесть бетонной массы с другой не ухудшить качество бетона.

Безусловно, что на прочность бетона влияют и его наполнители. Если вы будете использовать в бетоне вторичный щебень или известняковый щебень то качество полученного бетона будет, несомненно, ниже бетона с гранитным щебнем.

Между тем прочность самих наполнителей начинает оказывать существенное влияние на прочность бетона, только тогда, когда их прочность оказывается ниже проектной прочности бетона. То есть если вы заливаете дорожку бетоном проектируемой маркой прочности «М 100», то используя цемент «М 150» и гранитный щебень, сто процентов получите бетон выше «М 100». При соблюдении технологии конечно.

Помимо сказанного, на прочность бетона оказывают значительное влияние условия и срок его отвердевания. Не стоит забывать и о таком важном факторе как степень уплотнения. Обратите внимание, что шероховатость наполнителя так же оказывает влияние на прочность бетона. Бетон с наполнителем из щебня путь даже и вторичного при равных условиях всегда прочнее бетона с наполнителем из гравия.

Сроки твердения бетона

Говоря о сроке твердения бетона, отметим, что наибольшую скорость набора прочности бетоны показывают в первые одну-две недели. Затем скорость набора прочности падает. На проектные прочности бетон выходит, как правило, к 28 суткам.

Конечно это происходит при обычных климатических условиях. Потому как во влажном климате набор прочности бетонами, может растянуться на несколько лет. Объем воды и марка цемента также воздействуют не только на прочность, но и на скорость твердения. Чем больше воды в смеси и чем ниже марка цемента, тем ниже скорость набора прочности.

Морозостойкость бетона

Как и везде морозостойкость бетона обозначает максимальное число циклов замораживания оттаивания, после которых он начинает терять свои качества. Для испытаний на заводах ЖБИ берутся 28 суточные изделия.

Пределом прочности считается снижение показателей по прочности более чем на 25 процентов. Потеря массы допускается не более чем на 5 процентов.

В частном строительстве рационально использовать бетон «М 100» для неответственных сооружений и марки «М150» и выше для ответственных сооружений, таких как фундамент. Морозостойкость таких марок при соблюдении технологий составляет порядка 50 лет в средней полосе.

Заключение

В заключении стоит отметить еще один показатель бетона – его усадку при затвердении. Данный показатель зависит от марки используемого цемента. Это замечание относится к портландцементу.

Насколько «сядет» ваш бетон зависит и от тонкости помола используемого цемента. Чем тоньше помол, тем выше будет усадка.

Чтобы уменьшить усадку бетона в особенности если вы заливаете что-то массивное, то применяйте белитовый цемент. Или как ни странно это звучит,  цемент более низкой марки. Используете минимальное количество воды для растворения бетонной смеси. В качестве наполнителей используйте крупную щебенку и соблюдайте режим влажности при наборе прочности бетоном.

На этом наша теоретическая часть закончилась. В следующей статье мы будем рассматривать практические аспекты бетонных работ в частном строительстве. Основной упор сделаем на экономию цемента при проведении бетонных работ.

С уважением

Алекс Хантер

remstr-u.ru

Зависимость марки цемента от проектируемого класса бетона — МегаЛекции

Класс бетона по прочности С 12/15 С 20/25 С 30/37 С 35/45 С 40/50 С 50/60
Марка цемента:            
рекомендуемая  
допускаемая 500-600 500-550

Применение цемента ниже рекомендуемой марки приводит к значительному перерасходу цемента. Увеличение содержания цементного камня в бетоне, обладающего такими отрицательными свойствами, как повышенная усадка, ползучесть, пониженная трещиностойкость, высокая капиллярная пористость, вызывает снижение строительно-технических свойств бетонов и конструкций из него. Поэтому максимальная норма расхода ограничена 600 кг/м3бетона.

Использование высокомарочных цементов в бетоне низких классов, с одной стороны, не позволяет полностью использовать их активность, с другой – расход цемента, рассчитанный по формуле, настолько мал, что полученного цементного теста не хватает для обволакивания и скрепления зерен заполнителя, получения однородной удобоукладываемой смеси. В связи с этим минимальный расход цемента составляет для бетонных конструкций 180 кг/м3, железобетонных – 220 кг/м3.

Большое влияние на прочность бетона оказывает качество применяемых заполнителей. Так, недостаточная прочность заполнителя, повышенное содержание слабых включений (лещадных, игловатых), увеличение объема пылевидных и глинистых частиц, низкий модуль крупности песка приводят не только к перерасходу воды и цемента, но и к снижению прочности бетона в целом. Поэтому для получения бетонов высоких классов необходимо применять крупноразмерный многофракционный щебень, марка которого в 2 раза превышает класс проектируемого бетона, обладающего за счет шероховатости поверхности повышенной прочностью сцепления с цементным камнем, средние и крупные пески с пониженной водопотребностью. Жесткие требования предъявляют по ограничению содержания пылевидных, илистых и глинистых частиц, уменьшающих прочность сцепления заполнителей с цементным камнем и требующих для получения заданной удобоукладываемости повышенного расхода воды. Высокая водопотребность приводит к формированию дефектной структуры бетона, снижению его долговечности. Таким образом, высокопрочные бетоны можно получить, используя комплекс технологических приемов. Основными из них являются следующие: максимальное снижение водоцементного отношения с одновременным введением пластификаторов и суперпластификаторов, применение эффективных способов уплотнения бетонной смеси в формах, использование высокомарочных цементов и мытых фракционированных заполнителей высоких марок.

Если рассмотреть в общем виде работу строительной конструкции, например, простейшей балки, то можно сделать вывод, что в процессе эксплуатации она воспринимает как сжимающие напряжения в верхних слоях бетона, так и растягивающие в нижних. Следовательно, выполнение этой конструкции только из бетона высокого класса не обеспечит ее надежную работу в целом, т.к. в нижней зоне бетона начнется процесс трещинообразования. Для компенсации этих напряжений и создания условий долговременной эксплуатации конструкции в растягиваемую зону бетона при изготовлении конструкций и изделий вводят стальную или стеклопластиковую арматуру – в случае изготовления специальных кислотостойких бетонов. Бетон и арматура вследствие высокой прочности сцепления обеспечивают монолитность конструкции и ее работу как единого целостного материала. Защиту стальной арматуры от коррозии при действии окружающей среды обеспечивает защитный слой бетона, который должен быть не менее 2-3 см. Так как бетон является относительно пористым материалом, пропускающим влагу, то его основное защитное действие по отношению к металлу арматуры определяется не надежной изоляцией от внешних воздействий, а содержанием в порах бетона насыщенного раствора щелочи – гидроксида кальция, продукта гидратации алита, которая обеспечивает сохранность стальной арматуры. Снижение ее концентрации в результате фильтрации воды или взаимодействия с агрессивными средами приводит сталь в неустойчивое состояние, при котором возможна коррозия с накоплением объемных продуктов взаимодействия (ржавчины) на поверхности контакта сталь – бетон. В этом случае наблюдается отслоение защитного слоя бетона и, как следствие, разрушение конструкции в целом.

С целью повышения сопротивляемости искусственного камня растягивающим и изгибающим напряжениям применяют также дисперсное армирование, представляющее собой равномерное распределение по всему объему эластичных, коротких (10 – 50 мм), тонких (диаметром 0,1 – 0,5 мм) волокон-фибр, которые могут быть стеклянными, металлическими, базальтовыми, полимерными. Фибробетон– так называют этот материал – обладает также повышенной прочностью на удар и истирание.

Деформативныесвойства бетона зависят от его структуры, состава, свойств составляющих, условий твердения бетона и эксплуатации конструкций. Деформации в бетоне условно можно разделить на собственные, механические и температурные. Собственные деформации наблюдаются в бетоне при твердении и изменении его влажности. Уменьшение объема затвердевшего бетона происходит в результате испарения воды и химического взаимодействия минералов цемента с водой, т.к. кристаллические продукты гидратации занимают меньший объем, чем сумма объемов веществ, вступающих в реакцию (контракционная усадка).Вследствие взаимодействия в поверхностных слоях бетона гидроксида кальция, продукта гидратации трехкальциевого силиката, с углекислым газом воздуха в порах бетона образуется крупнокристаллический карбонат кальция, вызывающий карбонизационную усадку. Влажностныеизменения могут сопровождаться расширением цементного камня при насыщении водой и усадкой – в результате ее испарения.

Контракционная и карбонизационная деформацииувеличиваются с повышением содержания цемента и воды в бетонной смеси, при применении высокоактивных цементов, гидратация которых проходит в более короткие сроки с большим тепловыделением.

Определяющее влияние на величину контракционной усадки оказывают условия твердения бетона. Снижение влажности окружающей среды менее 90 % в первые сутки твердения вызывает появление поверхностных микротрещин, ухудшающих эксплуатационные свойства бетона. Деформации можно уменьшить за счет обеспечения нормальных температурно-влажностных условий твердения бетона в первые 7 суток при получении монолитных конструкций на строительной площадке или соблюдения режимов ТВО особенно в период предварительной выдержки, подъема температуры и остывания бетона при изготовлении сборных конструкций. Влажностные деформациизависят отсодержания цементного камня в бетоне, так как именно он при насыщении водой склонен к набуханию в отличие от жесткого плотного заполнителя и последующей усадке при ее испарении. Для повышения трещиностойкости бетона в конструкциях эффективна их пропитка на определенную глубину высокомолекулярными горячими смолами в специальных герметичных камерах под давлением (получение бетонополимерных конструкций) и применение дисперсного армирования. В первом случае заполнение капиллярных пор полимерным пластичным материалом по отношению к хрупкому искусственному камню позволяет поверхностному слою бетона воспринимать собственные деформации без нарушения его целостности; во втором – изгибающие и растягивающие напряжения берет на себя равномерно распределенная по всему объему бетона эластичная дисперсная арматура.

В зависимости от длительности действия нагрузки бетон ведет себя по-разному. При небольшом кратковременном нагружениион проявляет свойства упругого тела.Если напряжение превосходит 0,2 предела прочности на сжатие, то наблюдаются остаточные пластические деформации,связанные с появлением микротрещин, как в самом цементном камне, так и в контактном слое. На характер нарастания деформаций под действием нагрузки влияют скорость ее приложения, размеры образца, температурно-влажностное состояние бетона и окружающей среды. Чем меньше скорость подачи нагрузки, тем больше деформации в бетоне, увеличение деформаций на 10 % наблюдается при испытании горячего бетона и бетона в водонасыщенном состоянии. С уменьшением размера образцов, вследствие повышения их однородности, снижается скорость нарастания деформаций, поэтому при испытании в этом случае вводят поправочные коэффициенты, величина которых меньше единицы.

Длительное действие нагрузки, постоянной по величине и направлению, вызывает в бетоне увеличивающиеся деформации, которые затухают только через несколько лет эксплуатации конструкции. Это явление называется ползучестью.Основная причина ползучести объясняется пластическими свойствами цементного камня в начальные сроки твердения, когда он еще не полностью закристаллизовался, не приобрел достаточной прочности и жесткости. Поэтому ползучесть увеличивается при повышении расхода цемента, водоцементного отношения, уменьшении крупности заполнителя и повышении его деформативности (легкий заполнитель). Снизить ползучесть бетона можно путем ограничения расхода цемента и увеличения объема крупного плотного заполнителя в составе бетонной смеси. С увеличением времени твердения бетона процесс этот стабилизируется.

Температурные деформации в бетоне возникают вследствие разных коэффициентов температурного расширения его составляющих. Температура от 0 до 50°С не вызывает значительных деформаций в сухом бетоне. Колебания температуры особенно при наличии влаги в порах приводят к микроразрушениям. Рост деформаций связан при отрицательной температуре с льдообразованием, сопровождающимся увеличением объема льда по отношению к замерзающей воде, и переходом воды в пар с увеличением объема последнего при нагревании. В первом случае используют технологические приемы по повышению морозостойкости бетона: увеличение плотности, создание микропористой замкнутой структуры. Во втором, касающемся в большей степени технологии получения сборного железобетона с использованием термообработки, – применение мягких режимов с медленным нарастанием и снижением температуры. Для уменьшения температурных деформаций в бетонных конструкциях с большим модулем поверхности устраивают температурные швы, которые заполняют герметизирующими упругими прокладками или мастиками, воспринимающими и гасящими возникающие деформации.

Для таких изделий, как напорные железобетонные трубы, емкости для хранения жидких продуктов, а также гидротехнических сооружений – дамб, мостов, условия эксплуатации которых связаны с односторонним действием жидкостей под давлением, проницаемость является важнейшим свойством бетона. Основное влияние на проницаемость оказывают показатели структуры: общий объем пор, содержание замкнутых и капиллярных пор, их форма и размер. Чем больше возраст бетона, тем проницаемость ниже, так как образующиеся в процессе гидратации кристаллические продукты заполняют пустоты и поры, повышая его плотность (см. рис. 6.6). Водоотделение и недоуплотнение бетонной смеси, появление микротрещин вследствие усадки бетона при действии нагрузки, попеременного увлажнения с последующим замораживанием или высыханием могут существенно снизить непроницаемость бетона. Свойство это оценивают по коэффициенту фильтрации, который равен количеству воды, прошедшей через бетон толщиной 1 м, площадью в 1 м2 в течение одного часа при постоянном перепаде давления

,

где VB – количество прошедшей воды, м3; S – площадь поверхности, м2; t – время, ч; (р1 – р2) – перепад давления, Па.

В строительстве проницаемость бетонов оценивают маркой по водонепроницаемостиW2, W4…W20 (ГОСТ 12730). Цифры обозначают наибольшее давление в атмосферах, при котором бетон не фильтрует воду. Повысить водонепроницаемость бетона можно за счет подбора состава заполнителей, обеспечивающих их плотную упаковку с минимальным объемом пустот, заполняемых для обеспечения монолитности цементным тестом; сокращения расхода воды в сочетании с применением добавок пластификаторов, суперпластификаторов и интенсивным способом уплотнения бетонной смеси; использования расширяющегося цемента и уплотняющих добавок; пропитки и защиты бетонной поверхности полимерными составами.

Способность бетона сохранять свою прочность при попеременном замораживании и оттаивании в воде называют морозостойкостью(ГОСТ10060). Это свойство оценивают маркой F15, F25...F1000, в которой цифры показывают количество циклов замораживания при температуре минус 16°С и оттаивания в воде при плюс 18 ± 2°С без снижения прочности на сжатие более 5% и потери массы более 3%. Время выдерживания в воде и на морозе примерно одинаково, зависит от размеров испытываемых образцов и составляет от 2,5 до 5 часов. Основными причинами, вызывающими разрушение бетона, являются давление замерзающей и увеличивающейся в объеме воды на стенки пор и микротрещин, а также различные коэффициенты температурного расширения цементного камня, заполнителей и льда. Повторяемость замерзания и оттаивания приводит к постепенному разупрочнению структуры бетона, его разрушению и оголению арматуры в железобетонных конструкциях. Сначала начинают крошиться углы и выступающие грани изделий, концентрирующие напряжения, затем поверхностные слои покрываются сетью волосяных трещин и постепенно разрушение распространяется по всему объему материала. Испытания бетона на морозостойкость проводят на образцах кубах. Недостаток стандартных базовых испытаний (ГОСТ 10060.1-95), методика которых была в основном разработана профессором Н.А. Белелюбским в 1887 г., – их длительность. В настоящее время применяют ускоренные методы (ГОСТ 10060.2-95, ГОСТ 10060.4-95), которые можно классифицировать следующим образом:

1. Методы, основанные на ускорении развития деструктивных процессов в бетоне за счет использования вместо воды раствора сульфата и хлорида натрия или путем замораживания водонасыщенных образцов при температуре минус 50°С. Ускорение разрушения в первом случае достигается за счет дополнительного образования при замораживании кристаллов соли и увеличения за счет этого суммарного кристаллического давления. Во втором случае вода дополнительно замерзает в микропорах, увеличивая тем самым общее напряжение в бетоне.

2. Расчетные методы, основанные на взаимосвязи между показателями структуры бетона и его морозостойкостью.

3. Белорусскими учеными под руководством проф. Н.П. Блещика на основании результатов исследований была установлена взаимосвязь межу морозостойкостью бетона и температурными деформациями цементного камня в первый цикл замораживания-оттаивания. По величине деформаций, замеряемых специальным индикатором, рассчитывают деформационный критерий морозостойкости, который является основной экспериментальной величиной в эмпирической формуле. Проведенные сравнительные испытания по основному (базовому) циклическому методу и разработанному структурно-механическому по деформационному критерию показали хорошую сходимость результатов, ускорив определение морозостойкости в 20 раз, значительно сократив при этом энерго- и трудозатраты. Основы метода заложены в разработанный стандарт РБ «Бетоны. Ускоренный структурно-механический метод определения морозостойкости при однократном замораживании и оттаивании».

Контроль морозостойкости экспресс-методом особенно важен для таких изделий и конструкций, как наружные стены, покрытия дорог и аэродромов, тротуарные плиты, бордюрные элементы, стойки систем наружного освещения и линий электропередач, у которых морозостойкость является основным фактором долговечности.

Повысить морозостойкость можно или за счет повышения его плотности и снижения объема открытых капиллярных пор, или путем увеличения замкнутых воздухонаполненных резервных пор до 4 – 6%, которые гасят возникающее при замерзании воды давление льда (рис. 6.10). Для повышения объема закрытых пор применяют воздухововлекающие добавки, пенящую способность которых используют при перемешивании бетонной смеси. В качестве добавки этого типа наиболее широкое применение нашла смола нейтрализованная воздухововлекающая (СНВ), получаемая из древесной смолы, которую вводят в бетон в количестве 0,01 – 0,03% от массы цемента. С этой целью могут быть использованы также побочные продукты нефтеперерабатывающей промышленности.

От состава и характера структуры бетона зависит его коррозионная стойкость, так как чем больше пористость материала, тем глубже проникают жидкие и газообразные агрессивные среды, вызывая серьезные разрушения в бетоне, приводящие к потере несущей способности конструкции. При твердении и эксплуатации в бетоне протекают как процессы, повышающие его прочность, – гидратация цемента, так и снижающие ее в результате перекристаллизации и разрушения уже образованных соединений. С учетом временного фактора была спрогнозирована прочность бетона в 100-летнем возрасте (рис. 6.11). Из графика видно, что твердение бетона после достижения им марки в условиях действия кислых агрессивных сред разной степени активности приводит к снижению прочности уже в год эксплуатации, к десяти годам этот процесс интенсифицируется, и в возрасте 100 лет бетон фактически теряет свои конструктивные свойства.

Агрессивные среды могут быть жидкими, газообразными и твердыми. Степень агрессивности по отношению к бетонным конструкциям для жидких сред определяется наличием и концентрацией агрессивных веществ, температурой, величиной напора или скоростью движения жидкости по отношению к бетонной поверхности; для газовых сред – концентрацией газов, растворимостью их в воде, влажностью и температурой окружающей среды. К твердым агрессивным средам относятся химические удобрения, гербициды, краски. Коррозионные процессы в твердых средах не происходят, поэтому опасность по отношению к конструкциям порошкообразных веществ определяется степенью их увлажнения, растворимостью и зависит от влажности воздуха в помещении. Агрессивность воздействия на бетон оценивают специальными нормами по антикоррозионной защите строительных конструкций (СНиП 2.03.11-85). В зависимости от глубины разрушения бетона при коррозии различают слабо-, средне- и сильноагрессивные среды (табл. 6.4).

Таблица 6.4

megalektsii.ru


Смотрите также