Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Курс лекций по дисциплине: «Технология бетона и раствора»
Выполнила: студентка гр. ССП-310 Захарова Алена Витальевна
Проверил: Несветаев Григорий Васильевич
БЕТОНОМ называют искусственный каменный материал, полученный в результате затвердения рационально подобранной однородно перемешенной и тщательно уплотненной смеси вяжущих заполнителей, затворителей и необходимых добавок, которая до затвердения называются бетонной смесью.
КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ
1. по назначению:
- бетоны общестроительные (конструкционные), предназначены для изготовления массовых железо- бетонных изделий массового спроса. Основное требование к которым в процессе эксплуатации – прочность (колонны, балки, плиты, панели, лестничные марши и другие);
- бетоны специальные (функциональные), предназначены для изготовления конструкций, которые в процессе эксплуатации помимо прочности должны соответствовать хотя бы одному специальному требованию (теплоизоляционные, жаростойкие, радиационно-стойкие бетоны, бетоны для автодороги и так далее);
2. по виду вяжущего:
- бетоны на неорганическом вяжущем (цемент, гипс и так далее);
- бетоны на органическом вяжущем (битум, смолы);
- бетоны на органно-минеральных вяжущих (полимерцементные бетоны);
- бетоны на специальных вяжущих (метоны – вяжущие металлы);
3. по виду заполнителей:
- плотные заполнители, в качестве которых используется гравий или щебень из плотных горных пород, с водопоглощением близким к нулю, а также плотный песок для строительных работ;
- пористые заполнители природного( пемза) или искусственного ( керамзитовый гравий) происхождения;
- на специальном заполнителе ( например, чугунный скрап) для получения некоторых специальных бетонов.
4. структура:
- плотная, с объемом межзерновых пустот менее 7%;
- порирезованная, в которой с помощью специальных технологических приемов обеспеченно наличие многочисленных ( до 25% объема) равномерно распределенных мелких воздушных пузырьков;
- крупнозернистая структура отличается от плотной наличием большого количества пустот между контактно расположенными зернами крупного заполнителя, покрытыми тонкой оболочкой из цементного камня ;
- ячеистая структура представляет систему многочисленных ( до 80% объема) равномерно распределенных достаточно крупных ( размером до миллиметров) воздушных пузырьков, распределенных прослойками раствора.
5. по условиям твердения:
- бетоны естественного твердении;
- бетоны твердеющие при тепло-влажностной обработке (ТВО);
- при атмосферном давлении – пропаренные бетоны ;
- бетоны твердеющие при ТВО при избыточном давлении – бетоны автоклава.
РАСШИРЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ
1. по прочности:
- низкомарочные (Н): ≤ В12,5;
- рядовые (Р): В15…В35;
- высокопрочные (В): В40…В100;
- особо высокопрочные (ОВ): …В110
Согласно европейским нормам EN выделяют следующую классификацию бетонов по прочности:
-ОС (обычный бетон): С12/15;
-HSC (высокопрочный): ≥С50/60;
-UHSC (ультра прочный): ≥С95/115.
2. по средней плотности:
- особо тяжелые (ОТ): ρ≥2501 кг/м3;
- тяжелые (Т): 2201-2500 кг/м3;
- облегченные (О): 1801-2200 кг/м3;
-легкие (Л): 501-1800 кг/м3;
- особо легкие (ОЛ): ≤500 кг/м3.
Согласно европейским нормам EN выделяют следующую классификацию бетонов по средней плотности:
- HC( особо тяжелые): ρ>2601 кг/м3;
- N (бетоны обычного веса): ρ=1901…2600 кг/м3;
-LWA (легкие):p <1901кг/м3.
3. по условию твердения:
- бетоны нормального твердения (НУ), процесс структурообразования которых происходил в так называемых нормальных условиях, характеризующихся температурой в пределах t=18-22 C°и относительной влажностью воздуха φ≥95%;
-зимние условия твердения, при которых среднесуточная температура воздуха ниже +5°С либо минимальная суточная температура ниже 0 C° . В таких условиях резко замедляется процесс твердения бетона, либо возможно его раннее замораживание (задолго до достижения проектной прочности), что может привести к резкому ухудшению качества бетона и должно учитываться при назначении состава бетона и способов производства работ;
- условия сухой жаркой погоды, при которых температура воздуха в 13.00 превышает в тени >+25 C°, а относительная влажность воздуха φ<50%. В таких условиях возможно резкое обезвоживание твердеющего бетона, что может привести к снижению прочности до 50% и должно учитываться при назначении состава бетона и способов производства работ.
4. по размеру заполнения:
- крупный – более 5 мм.
- мелкий – менее 5 мм.
А) мелкозернистый бетон – не содержит крупного заполнителя. Размер частиц < 10 мм.
Б) песчаный бетон – размер < 5мм.
В) если говорят просто бетон - > 10 мм.
Наполнитель – это заполнитель с размером < 0.16 мм.
5. по деформации при твердении:
Деформацией называется изменение объема (линейных размеров) во времени.
exp – увеличение (расширение);
sh – уменьшение (усадка).
Уменьшение в объеме – усадка.
Согласно графику:
1 – обычный бетон, уменьшающийся при твердении в объеме, т.е. дающие усадку;
2 – безусадочный бетон, итоговый объем которого в процессе твердения практически не меняется;
3 – расширенный бетон, увеличивающийся в итоговом объеме в процессе твердения за счет превышения деформаций расширения над деформациями усадки.
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАЗНАЧЕНИЯ БЕТОНА
(нормируемые свойства)
1. класс по прочности при сжатии (В20);
2. марка по средней плотности (Д);
3. марка по морозостойкости (F);
4. марка по водопроницаемости (W).
E0 – начальный модуль упругости
C0 – мера ползучести
Ɛ0 - базовая усадка
ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАЗНАЧЕНИЯ
ОБЩЕСТРОИТЕЛЬНЫХ БЕТОНОВ
1. класс бетона по прочности при сжатии В;
2. класс бетона по прочности при растяжении Вt;
3. марка бетона по морозостойкости F;
4. марка бетона по водонепроницаемости W;
5 марка бетона по средней плотности Д;
6. дополнительные показатели назначения Вf:
- класс бетона по прочности при изгибе;
- начальный модуль упругости E0;
- параметры диаграммы напряжения деформации «σ»-«Ɛ», ƐR, λ;
- параметры ползучести C0, φ;
- усадка Ɛsh;
- расширение Ɛexp;
- показатели стойкости при воздействии агрессивных сред.
ПОНЯТИЕ О НОРМАТИВНОМ И РАСЧЕТНОМ
СОПРОТИВЛЕНИИ БЕТОНА
Rb*K=Rbn*Ki=B
Rb – расчетное сопротивление бетона ( применяется для проектирования данный коэффициент);
K – (K=1,5 – для растяжения, K=1,3 – для сжатия) – коэффициент безопасности по бетону;
Rbn – нормативное сопротивление бетона (призменная точность);
Ki – система коэффициентов;
B- основной нормативной показатель бетона – класса бетона
КЛАСС БЕТОНА ПО ПРОЧНОСТИ
Классом бетона называется номинальное (из нормативного ряда) гарантированное с обеспеченностью 0,95 значение кратковременной прочности бетона.
Измерение прочности выполнятся посредством испытания на осевое сжатие стандартных образцов при стандартной скорости нагружения.
σ – предел кратковременной прочности;
Ri – единичное значение кратковременной прочности.
Число образцов в серии испытаний N=2…6
Средняя величина образцов в серии называется пределом прочности. Ниже представлена зависимость f=R(N) и ряд формул (зависимостей), связывающих предел прочности, коэффициент вариации:
R – среднее арифметическое значение (статистически изменяемая величина):
СКО
Коэффициент вариации
Нижний доверительный интервал
R – среднее арифметическое ;
V – коэффициент вариации (показатель однородности);
t – квантиль нормального распределения, статический показатель.
Маркой бетона называется номинальное (из нормированного ряда) гарантированное с обеспеченностью 0,5 значение кратковременной прочности бетона.
Классы бетона тяжелого общестроительного назначения В7.5 … В80, ГОСТ 26633 сегодня установлены так. Существуют также марки В7.5 … В120 ( согласно СНиП).
В Европе существует следующие нормы: EN 206 ( нормы проектирования бетонов), EN 1992-1-1 (нормы проектирования железобетонных конструкций). В Европе класс бетона обозначается иначе, чем в России. Например, рассмотрим обозначение ( каждую цифру) класс бетона С20/25:
В обозначении класса бетона отношение прочностей, полученных при испытании образцов- цилиндров и образцов- кубов всегда равно 0,8.
По испытаниям образцов- кубов класс бетона соответствует max значению 115.
КОЭФФИЦИЕНТ ВАРИАЦИИ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА
Различают внутри серийный, партионный, межпартионный коэффициенты.
1. Если внутри серийный коэффициент <5% (для получения коэффициента вариации в заданных пределах берут 2 образца для испытаний), 5%˂внутри серийный коэффициент <8% ( чтобы получить коэффициент вариации в заданных пределах, берут 4 образца для испытаний), внутри серийный >8% ( 6 образцов).
2. В партии бетона может быть включено несколько серий. Партионный коэффициент- коэффициент в партии.
3. Межпартионный коэффициент- коэффициент между партиями производства:
- в задачах значение коэффициента вариации: V 13% =0,13;
- среднеотраслевое значение коэффициента вариации 13,5%. Это значение используется для перехода от марок к классам, и наоборот.
В=М*(1-t*V), t=1.645 при обеспеченности p=0,95.
- продукция высшей категории качества должна иметь коэффициент вариации не более 9%;
- бетоносмесители должны обеспечить качество перемешивания с коэффициентом вариации V не более 8%;
- коэффициент вариации зависит от:
1. времени года: в осеннее-зимний период коэффициент вариации на 2-3% выше обычного значения.
2. условий твердения бетона: при ТВО коэффициент вариации повышается ≈ на 15% (V ТВО = 1,15 V НУ);
3. смены и дня недели (человеческий фактор);
4. коэффициент вариации зависит от прочности (ниже представленные зависимости):
ВИДЫ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА ПРИ СЖАТИИ
1. прочность бетона проектного возраста устанавливается для портландцементных бетонов в возрасте 28 суток R28. В особых случаях возможны другие сроки, определенные другими нормативными документами. Пример: бетон гидротехнический для пресных вод, проектный возраст 180 суток.
Для бетонов на глиноземном цементе прочность устанавливается в 3-х суточном возрасте, R3.
Старое название прочности бетона проективного возраста – марочная прочность.
2. отпускная прочность – значение прочности (в % от проектной), при котором разрешается передача изделий (конструкций) потребим. При этом производитель гарантирует соответствующий уровень качества бетона в проектном возрасте при обеспечении благоприятных условиях твердения.
В соответствии с новым стандартом отпускная прочность устанавливается 50% от проектной прочности.
Старый стандарт устанавливал отпускную прочность дифференцированно:
70% - для всех конструкций в весенне- летний период, которые при поступлении на объект не сразу подвергаются эксплуатационным нагрузкам;
85% - в осеннее – зимний период устанавливается отпускная прочность;
100% - для конструкций, которые при поступлении на объект могут сразу же подвергаться эксплуатационным нагрузкам (забивные сваи, лестничные марши).
3. передаточная прочность – значение прочности (в % от проектной), при которой допускается передача предварительного напряжения с арматуры на бетон («отпуск арматуры»).
Передаточная прочность устанавливается 50% R28 и не менее 11 МПа.
4. распалубная прочность: значение прочности, при котором изделие может извлекаться из формы и подвергается транспортно-складским операциям (либо конструкция может распалубливаться) без ухудшения качества бетона, изделия (конструкций).
Распалубочная прочность равна отпускной прочности.
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНСТРУКТИВНЫХ БЕТОНОВ
Согласно ГОСТ 10178 Портландцемент. Шлакопортландцемент. Технические условия» маркировка цементов выглядит следующим образом:
|
ПЦ |
500 |
ДО |
Н |
Пл |
|
Б |
ГФ |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
1 – обозначение типа цемента (ПЦ, ШПЦ, ССПЦ – сульфато стойкий ПЦ);
2 – обозначение марки цемента (300, 400, 500, 550, 600);
3 – указатель вещественного состава цемента: ДО – в цементе отсутствуют минеральные добавки; Д5 и Д20 – 5% добавок и 20% добавок). В группе ШПЦ этого указателя нет.
4 – Н: цемент с нормированным минералогическим составом клинкера.
Б: быстротвердеющий цемент, т.е. с нормированной прочностью в 3-е суток не ниже 55% проектной.
5 – Пл: пластифицированный, т.е. в составе цемента пластифицирующие добавки.
ГФ: гидрофобизированный цемент- для бетонов с высокой морозостойкостью
Существуют тенденции в области развития нормативной базы цементной промышленности. Так с 01.03.2002 введен в действие ГОСТ 30744- 2001 на испытания цемента, гармонизированный с европейским стандартом EN 196-1, в котором предусмотрено использование для испытаний полифракционного песка по ГОСТ 6139. При замене песка на полифракционный фактическая активность цемента повышается ориентировочно на одну марку. Однако, испытания активности при В/Ц=0,5 вместо 0,4 приводят к снижению показателя прочности, так что фактически марка цемента в связи с изменением в стандартах практически не изменится. ГОСТ 30744 действует параллельно с ГОСТ 310.1- 310.4 и должен использоваться при поставках цементов по нормам EN 197-1.
С 01.09.2004 введен ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные», который предусматривает:
1.деление цементов по вещественному составу на 5 типов:
-ЦЕМ 1- ПЦ;
-ЦЕМ 2- ПЦ с минеральными добавками;
-ЦЕМ 3- ШПЦ;
-ЦЕМ 4- ППЦ ( пуццолановый ПЦ);
-ЦЕМ 5- композитный цемент.
2. нормирование прочности только по классам по прочности: 22,5;32,5;42,5;52,5;
3. нормирование прочности в 2 и 7( для классов 22,5 и 32,5), и 28 суточном возрасте;
4. изменения в методике определения некоторых показателей назначения.
Указанные изменения в стандартах на цемент способствуют «сближению» показателей качества продукции, производимой в различных странах. Один из ключевых моментов в оценке качества- методики определения показателей качества продукции. Введение ГОСТ 30744 устанавливает для цементов, производимых отечественной промышленностью, такие же методы оценки показателей качества, какие приняты в странах Европы.
РАСЧЕТ СОСТАВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА
Расчет состава тяжелого бетона выполняется с целью определения рационального соотношения между компонентами бетонной смеси.
В основу расчета положен:
Фундаментальный закон прочности:
Rp=R0(1-F)x формула Бальшина,
где х>1
Rо- прочность материала при условно нулевой пористости.
Rp- прочность бетона при пористости Р.
Х- показатель степени (для бетона Х5≈3)
Р- величина пористости.
Зависимость прочности материала от величины пористости выглядит следующим образом:
Упрощенный механизм формирования пористости бетона:
1. Возьмем 1 грамм цемента и воды 0,25 грамм
Тогда объем цемента:
2. Тогда суммарный объем веществ 0,567 см3 ( Vц + Vводы)
3. Масса продуктов образования (или гидратации): 1 г + 0,25 г = 1,25 г
ц в
истинная плотность гидратированного цемента = 2,443 г/см3
V=m/ρ=1,25/2,443=0,512 (см3)
4. Объем нового образования меньше объема реагирующих веществ: 0,567 см3 > 0,512 см3. Это явление называется КОНТРАКЦИЯ или СТЯЖЕНИЕ.
Возьмем цемент 1 г , воды 0,4 г.
Больше 25% химической воды цемент связать не может, поэтому V=0,512 см3 остается неизменным.
ПОРИСТОСТЬ – это любое пространство, не заполненное твердой фазой.
Первый фундаментальный закон бетоноведения
С увеличением водоцементного отношения при прочих равных условиях пористость цементного наличия возрастает.
Второй закон бетоноведения:
С увеличением водоцементного отношения при прочих равных условиях (время, t°) прочность бетона уменьшается.
ФОРМУЛА БЕЛЯЕВА
Формула была выведена в 1926 г.
Где: R – предел прочности бетона при сжатии;
Rц- активность цемента;
К – коэффициент, зависящий от вида заполнителя;
Более точный показатель степени 1,39 (а не 1,5).
Основной закон прочности бетона Боломе-Скрамтаева
а = 0,65 высокое
0,60 среднее
0,55 низкое
[Ц/В] = 1/(1,68*НГ) ≈ 2,5
[Ц/В] – предельная величина
а – коэффициент, зависящий от качества заполнителя
b = 0,5
Закон прочности Фере
Формула была выведена в 1898 г ученым Фере.
Наглядно закон прочности Фере выглядит так:
Чем больше твердого вещества, тем меньше пористость и наоборот.
Порядок расчета состава бетона:
Исходными данными для расчета состава являются:
1. Из формулы прочности Боломэ-Скрамтаева определяют значение цементно-водного отношения, при котором обеспечивается требуемая прочность бетона проектного возраста:
где
возможно :
Из ГОСТ 18105 «Бетоны. Контроль прочности», берем коэффициенты Kт, Кмп. Желательным уровнем является выполнение требований:
Если при расчете получается Ц/В>2,5, а мы не можем изменить материалы на предприятии, то считаем Ц/В так:
2. Если требуется обеспечить определенную прочность бетона после ТВО, то определяем значение Ц/В по формуле КАЙСЕРА:
Где Rb,тво – требуемая после ТВО прочность;
Rц,тво – активность цемента при пропаривании – паспортная характеристика;
Все цементы в зависимости от активности при пропаривании делятся на 3 группы:
Rb,тво = Rц,тво - активность цемента при пропаривании.
Кпп : I > 0,67 – высоко эффективные цементы
II 0,56 …0,67 – средне эффективные цементы
III < 0,56 – низко эффективные цементы
Эффективность цемента при пропаривании определяется содержанием щелочей в его составе. А с увеличением количества щелочей снижается морозоустойчивость цемента.
Активность цемента при пропаривании определяется путем испытаний образцов после пропаривании по стандартному режиму:
Режим 2+3+6+2:
2 часа – предварительное выветривание;
3 часа выдерживаем – подъем температуры (разогрев);
6 часов – температура постоянна, изотермическое выдерживание;
2 часа – температура снижается до 45-50 °С – регулируемое остывание.
После этого образцы извлекаются из камеры, и через 4 часа испытываются (получаем активность цемента при пропаривании).
Чтобы определить активность цемента при пропаривании необходимо 18 часов (2+3+6+2; +4 часа; +1 час – на изготовление деталей).
Выбираем наибольшую величину из:
3. Определяется расход воды, обеспечивающий необходимую подвижность (удобоукладываемость) бетонной смеси по таблице.
Количество воды зависит:
1) от осадки конуса – требуемая подвижность бетонной смеси;
2) от того какой заполнитель: щебень или гравий;
3) крупность заполнителя Дмах ( чем крупнее заполнитель, тем меньше необходимо воды); 4)модуль крупности песка Мк (при использовании мелкого песка необходимо больше воды, крупного песка – меньше воды);
5) НГ цемента;
6) температура бетонной смеси (чем ниже температура, тем меньше воды, и наоборот):
Водопотребность бетонной смеси – количество воды, при котором обеспечивается требуемая подвижность бетонной смеси.
В некоторых случаях водопотребность ограничивается. Например, для получения морозостойких блоков:
4. Определяется расход цемента:
Проверка:
ГОСТ 26633 – устанавливает min значение расхода цемента Цmin;
Согласно европейским нормам EN ( устаревшим) Цmin:
260 – для нагревательных сред;
280 – для агрессивных сред или для преднапряженных конструкций в не агрессивных средах;
300 – для преднапряженных конструкций в агрессивных средах.
Новые нормы EN 206-1 устанавливают 18 типов агрессивных сред и для каждого из них указывается Цmin (Цмах = 600 кг/м3).
Для общестроительного бетона устанавливается 260 < Цмах < 400.
5. Определяем расход крупного заполнителя:
Расход крупного заполнителя:
Пустотность крупного заполнителя:
ρщ,н ~ 1,3 – 1,6 – насыпная плотность щебня ;
ρщ,к ~ 2,6 – 2,9 – плотность щебня в куске ;
α – коэффициент раздвижения зерен крупного заполнителя (α показывает во сколько раз объем растворной составляющей превышает объем пустот в крупном заполнителе).
Для жестких смесей α ≈ 1,05 – 1,2 .
Для подвижных смесей α ≈ 1,2 – 1,45.
Очень подвижные смеси α ≈ 1,45 – 1,6.
Литые смеси α > 1,6
Чем выше α, тем более удобообрабатываемые получаются смеси.
ПРОВЕРКА:
Относительная объемная концентрация крупного заполнителя:
- для обычных бетонов φ = 0,39 – 0,51;
- для перекачиваемых бетононасосами смесей φ <0,45;
- для усамоуплотняющихся смесей φ ≤ 0,34 ;
- для смесей, у которых φ < 0,39 – смеси запесоченные.
6. Определение расхода мелкого заполнителя:
Расход мелкого заполнителя:
ПРОВЕРКА: проверим условие сплоченности объема.
Где: αп – коэффициент зерен песка (αп > 1,05)
Vпп – пустотность в песке
Эта проверка проводится, если П/Ц ≥ 2,3.
7. Общая проверка «правильности» расчета состава бетона. Включает в себя 2 пункта:
а) Определяется расчетное значение плотности бетонной смеси:
б) Определяется величина расчетного воздухо-вовлечения:
Расчетное воздухо-вовлечение может иметь погрешность +/- 30л.
8. Учет влажности заполнителя при назначении рабочего состава бетона.
В лаборатории при расчете и подборе состава используются сухие заполнители. Этот состав называется лабораторным. В производстве влажность заполнителей может изменяться в широком диапазоне. По этому лабораторный состав пересчитывается на производственный с учетом:
1. Влажности заполнителя.
2. Содержание щебня в песке и песка в щебне ( сначала определяют водонасыщенность заполнителей).
ПРИМЕР:
Щw = Щс (1 + Wщ/100)
Далее делаем корректировку по воде: Вп = Во – Вщ - Вп
9. Представление состава бетона.
Состав бетона представляет в основном двумя способами:
1. заданием количества каждого компонента на 1 м3
ПРИМЕР: Ц=350 кг/м3 , В=175 л/м3, Щ=700 кг/м3, П=1150 кг/м3
2. Состав бетона задается в виде пропорционального соотношения между сухими компонентами по массе, при этом расход цемента принимается за 1 с обязательным указанием величины В/Ц: Ц:П:Щ=1:2:3,28, при В/Ц =0,5. На 1 м3 невозможно преобразовать количество компонентов, не зная ρбс. ρбс – фактическая плотность бетонной смеси: 1+2+3,28+0,5 = ρБС; Ц=ρБС/6,78.
10. Расчет расхода материалов на производственный замес.
В качестве базового используется производственный состав бетонной смеси. Расчет выполняется по 2-м схемам:
1-я схема (основная): паспортной характеристикой бетоносмесителя является объем готового замеса. Цз=Цр*Vз
где: Цр - рабочий расход цемента;
Vз – объем материала на готовый замес;
2 – я схема: паспортная характеристика бетоносмесителя – объем по загрузке. Определяется объем по готовому замесу:
Vз=β*Vзагр; Цз=Цр*Vз
где: β- коэффициент выхода бетонной смеси (показывает какую часть суммарного насыпного объема сухих компонентов составляет объем готовой бетонной смеси в уплотненном состоянии)
где: β ~ 0,62 … 0,7; βн = 0,67 – нормативное значение.
11. Общий порядок регулирования бетонной смеси по результатам лабораторных испытаний (схема работы строительной лаборатории).
1. рассчитывается расчетный состав бетона (Ц, В, Щ, П).
Состав рассчитывается три:
- центральный – по результатам расчета (Ц/В);
- с увеличенным ≈ на 15% значением Ц/В; 1,15 (Ц/В)0;
- с уменьшенным ≈ на 15% значением Ц/В; 0,8 (Ц/В)0;
2.по каждому составу определяется состав материалов на лаб. Замес объемом не менее 6 литров.
3. выполняется лабораторные замесы и подбираются необходимая подвижность бетонной смеси.
4. определяется фактическая плотность бетонной смеси в уплотненном состоянии (очень тщательно).
5. изготавливаются образцы для измерения прочности бетона.
6. образцы твердеют по заданному режиму.
7. в проектном возрасте либо по окончании заданного режима, либо в проектном возрасте или после режима измеряется прочность бетона каждого из трех составов.
8. строится локальный закон прочности:
где: bф – фактическое (любое) число;
А – интегральный коэффициент, учитывающий качество заполнителя и Ц/В
9. определение фактического состава бетонной смеси по результатам лабораторных испытаний выполняется на основании полученного значения фактической средней плотности ρБС,ф бетонной смеси.
В1<B – связь между рассчитываемым и практическим количеством воды.
Ц+В1+Щ+П=mз - масса БС на замес.
Если mз/ ρБС,ф=Vз - объем замеса, то для нахождения содержания каждого компонента на замес составляют пропорцию:
Vз - Ц:(В):Щ:П
1000 - х
10. определяется фактический лабораторный состав бетона с учетом фактической водопотребности смеси и фактической требуемой величины Ц/В.
СВОЙСТВА БЕТОНА
Предел прочности при сжатии
1. Зависимость от размера образцов.
Для измерения прочности бетона используются образцы, размер которых зависит от наибольшей крупности заполнителя. В России, как правило используется образцы – кубы с размером ребра 70,7 мм , 100 мм, 150 мм, 200 мм, 300 мм, каждый из которых соответствует определенной фракции:
70,7 мм – фракция 5-10 мм;
100 мм – фракция 5-20 мм (контроль прочности ЖБ конструкций);
150 мм – фракция5-40 мм (базовый размер ребра);
300 мм – фракция 5-70 мм.
где Ri - предел прочности.
Все образцы приводятся к базовому: R150 =β* Ri
где β – коэффициент приведения к базовому размеру.
Для образца-куба с размером ребра 100 мм коэффициент приведения к базовому размеру β=0,95. Значение прочности бетона представляются до одной цифры после запятой.
2. Зависимость предела прочности от геометрических образцов.
Н/а = 4; Н/d =2; Rc=0,8*Rк
Rрr- призменная прочность
Rк - кубическая прочность
Rрr=0,787* Rк
С увеличением высоты образца по сравнению с основанием, прочность R уменьшается
Разрушение бетона при осевом сжатии (на рисунке образец в виде куба) происходит вследствие разрыва его в направлении, перпендикулярном оси приложенной нагрузки. При испытании образцов- кубов из-за наличия сил трения между поверхностью образцов и плитами пресса возникают усилия, препятствующие разрыву образца. В связи с этим отношение высоты образца h к ребру основания a влияет на значение предела прочности: с увеличением h/a оно уменьшается. При h/a≥4 предел прочности бетона перестает зависеть от h/a и более достоверно, чем кубиковая прочность, характеризует работу бетона в конструкции. Предел прочности бетона, полученный при испытании образцов со значением h/a=4, называется призменной прочностью, которая численно равна нормативному сопротивлению бетона осевому сжатию Rbn .
Непосредственное определение предела призменной прочности производится при проведении исследовательских работ. В инженерной практике для перехода от кубиковой к призменной прочности бетона используется коэффициент призменной прочности бетона kpr . Значение kpr для различных бетонов изменяются в широком диапозоне – от 0,6 до 1,0. Многочисленные литературные данные содержат противоречивые выводы о зависимости kpr от кубиковой прочности бетона. Согласно нормам проектирования железобетонных конструкций коэффициент призменной прочности определяется по формуле:
kpr = Rpr / R= 0,8-0,001R> 0,72,
где: R – кубиковая прочность бетона, МПа;
Rpr – призменная прочность бетона, МПа.
При оценке прочности бетона в реальной конструкции используются цилиндрические образцы, выбуренные из массива конструкции с помощью специального инструмента.
В России для испытаний используются кубы, призмы, цилиндры. Кубические и цилиндрические образцы широко применяются для контроля прочности бетона в зарубежной практике. Отношение высоты цилиндра h к диаметру основания d обычно равно 2. Величину диаметра выбирают согласно нормативным документам. Для приведения результатов испытаний образцов- цилиндров к базовому образцу- кубу используют коэффициенты приведения.
Образцы-кубы изготавливаются для контроля прочности при производстве, а образцы-цилиндры – для измерения деформативных свойств, прочности.
При осевом сжатии образцы – кубы и образцы – призмы раскалываются в следующем направлении:
3. Зависимость предела прочности бетона от скорости нагружения.
Динамическая прочность материала: Rd = Kd *R0; Kd- коэффициент динамического упрочнения (1,05 - 2).
Длительная прочность: Rη = η * R0; η – уровень длительной прочности (η= 0,8).
[dσ/dτ] – скорость приложения нагрузки ;
τ – время;
R0 – стандартная прочность при лабораторных испытаниях (или кратковременная прочность);
Rd – прочность материала – динамическая
Таким образом, можно сделать вывод, что с увеличением скорости приложения нагрузки возрастает и прочность материала. Кратковременная прочность возникнет при τ≥30с и численно будет равна 0,2…0,8 МПа/с.
4. Измерение прочности бетона во времени.
1 формула:
2 формула:
Прочность нарастает медленно в нормальных условиях:
- для быстротвердеющих цементов К=0,2;
- для нормально твердеющих К=0,25;
- для медленно твердеющих К=0,38.
При К=0,16 – бетоны можно считать особо быстродействующими, та как в суточном возрасте получается 50% проектной прочности, т.е. отпуская прочность при без- обогревном твердении.
При решении задач необходимо пользоваться определенной формулой:
А) до проектного возраста – лучше пользовать логарифмическую зависимость.
Б) после проектного возраста – ехр зависимостью
Влияние температуры твердения на формирование прочности
А) Температура больше, чем при нормальных условиях.
`
При ТВО за 12-15 часов, материал набирает прочность от 50 до 70% от проектной прочности.
Тепловое воздействие на бетон, как правило, по сравнению с нормальными условиями, ухудшает прочность бетона ( это наглядно видно из графика).
Б) температура ниже нормальной, но положительная
При температуре ниже нормальной прочность бетона в 28- суточном возрасте меньше прочности бетона при нормальной температуре. Но затем при увеличении температуры ( после 28 суток) прочность бетона увеличивается до 20%.
В) температура отрицательная (даже на короткое время в ранний период)
Согласно графику, при температуре выше 0°С прочность бетона постепенно увеличивается. Далее при отрицательной температуре прочность практически не увеличивается, но затем с ростом температуры прочность бетона заметно увеличивается. В сравнении с прочностью бетона при нормальных условиях твердения, прочность бетона при отрицательной температуре ( даже на короткое время в ранний период) будет на 50% ниже.
Например, критической прочностью на Западе считается прочность в 5 МПа.
В России согласно разнице между прочностью бетона, твердеющего при нормальных условиях, и прочностью бетона, твердеющего при температуре отрицательной ( даже на короткое время в ранний период), устанавливаются марки бетона и критические прочности:
30% М400
40% М300 10-12 МПа
20% М200
Влияние влажности окружающей среды на формирование прочности бетона.
Твердение бетона осуществляется:
Твердение бетона под водой допускается по достижении блоком плотности 0,5 МПа – это благоприятное условие твердения, но:
А) длительное твердение блока под водой (несколько месяцев) может отрицательно повлиять на морозостойкость в следствие высокой степени насыщения бетона водой.
Б) прочность бетона после трехлетнего пребывание в воде снижается примерно на 20% сравнении с нормальными условиями и остается постоянными. Снижение прочности происходит в следствии расклинивающего действия воды (эффект Ребиндера).
Твердение бетона при пониженной влажности, φ<Н.У., сопровождается необратимым ухудшением свойств бетона тем в большей степени, чем ниже относительная влажность и чем раньше бетон окажется в таких условиях.
Если по окончании уплотнения бетон будет находиться в среде с относительной влажностью φ≈40% в течении хотя бы 4-6 часов, то потеря прочности – необратимая и может достигать 50% , а морозостойкость потеряет прочность в несколько раз.
Бетонные смеси. Условное обозначение.
1. вид смеси (БСГ- готовая к применению, БСС – сухая смесь);
2. класс бетона по прочности на сжатие, который может быть получен при использовании смеси при точном соблюдении технических условий регламента её применения (УУУ – укладка, уплотнение, уход);
3. марка бетонной смеси по удобоукладываемости;
4. марка бетона по морозостойкости, которая может быть получена при использовании смеси при точном соблюдении технического регламента ее применения (УУУ – укладка, уплотнение, уход);
5. марка бетона по водонепроницаемости, которая может быть получена при использовании смеси при точном соблюдении технического регламента ее применения (УУУ – укладка, уплотнение, уход);
6. марка бетона по по средней плотности;
7. ГОСТ 7473 «Смеси бетонные. Технические условия».
В обозначении бетонной смеси укладываются те позиции, которые нормируются.
Марки бетонной смеси по удобоукладываемости
Бетонные смеси в зависимости от способности деформироваться под действием силы тяжести делятся на две части:
1. не деформируемые (жесткие);
2. деформируемые (подвижные).
Оценка подвижности бетонной смеси производится посредством измерения высоты стандартного конуса из бетонной смеси.
Определение осадки конуса бетонной смеси производят в следующем порядке: перед началом испытания все поверхности, соприкасающиеся с бетонной смесью в процессе испытания, необходимо отчистить и увлажнить. Форму- конус устанавливают на металлическую поверхность и заполняют его бетонной смесью через воронку- насадку в 3 слоя одинаковой высоты. Каждый слой уплотняют 25 ударами металлической штыковки. Конус во время уплотнения должен быть плотно прижат к металлической поверхности. После уплотнения бетонной смеси в конусе насадку снимают, избыток смеси удаляют, поверхность выравнивают ( заглаживают). Затем форму снимают вертикально вверх и устанавливают рядом с отформованным конусом бетонной смеси.
Осадку конуса бетонной смеси определяют, укладывая металлическую линейку ( штыковку) ребром наверх формы – конуса и измеряя расстояние от нижней грани линейки до верха бетонной смеси.
Осадку конуса определяют дважды. Общее время испытания с начала наполнения конуса при первом определении и до момента измерения осадки при втором определении не должно превышать 10 мин.
Осадку конуса вычисляют с округлением до 1см как среднее арифметическое результатов 2-х определений из 1 пробы.
В зависимости от осадки конуса выделяют следующую классификацию по подвижности:
П1 О.К = 1-4 см - умеренно подвижные
П2 О.К = 5-9 см
П3 О.К = 10-15 см - смесь среднеподвижная
П4 О.К = 16-20 см - высокоподвижная смесь
П5 О.К ≥ 21 см - литая смесь
Смеси от П3 и выше запрещается изготавливать без пластифицирующих добавок. В европейских странах в соответствии с нормами EN 206 существует 5 марок бетонных смесей по подвижности (S0-S4).
Смеси П5 помимо осадки конуса характеризуются диаметром расплыва Д.
В Европе существует особая группа смесей, которая называется самоуплотняющимися бетонами (SCC). Три марки по подвижности предусмотрены таких смесей:
SF 1 Д ≥ 55 см
SF 2 Д ≥ 66 см
SF 3 Д ≥ 76 см
Жесткие бетонные смеси характеризуются маркой по жесткости:
Ж1 5-10 с
Ж2 11-20 с
Ж3 21-30 с
Ж4 ≥31 с
Жесткость определяется с помощью прибора для жесткости смеси:
Жесткость бетонной смеси характеризуется временем вибрации в (с), необходимым для выравнивания и достижения необходимой степени уплотнения бетонной смеси в приборе для определения жесткости.
При проведении испытаний прибор помещают на виброплощадку, устанавливают и жестко закрепляют в штатив диск. В цилиндр устанавливают форму – конус с насадкой. Заполнение конуса бетонной смесью и уплотнение ее производится так же, как и при определении осадки конуса ( в 3 приема со штыкованием каждого слоя 25 раз). Затем форму- конус снимают, поворотом штатива диск устанавливают над отформованным конусом бетонной смеси и плавно опускают на поверхность конуса.
Далее одновременно включают виброплощадку и секундомер и наблюдают за выравниванием и уплотнением бетонной смеси. Вибрирование продолжают до тех пор, пока не начнется выделение цементного теста из любых двух отверстий диска. В этот момент выключают секундомер и вибратор. Полученное время в секундах характеризует жесткость бетонной смеси.
Жесткость бетонной смеси определяют дважды, общее время испытания с начала заполнения конуса бетонной смесью при первом определении и до окончания определения жесткости при втором определении не должно превышать 15мин.
Жесткость вычисляется округлением до 1с как среднее арифметическое результатов двух определений из одной пробы смеси.
Результаты определения удобоукладываемости ( подвижности или жесткости) заносятся в журнал.
Существуют также СЖ1, СЖ2, СЖ3 – сверхжесткие смеси. Для их определения применяется тот же прибор, но на диск устанавливается груз. В Европе в соответствии с EN жесткость бетонных смесей определяется с помощью прибора Вебе (жесткость у них обозначается V0, V1, V2, V3, V4).
Помимо подвижности удобоукладываемость (удобообрабатываемость) бетонной смеси характеризуется показателями сохраняемости, расслаивамости и водоотделения.
Под сохраняемостью понимается время, в течение которого бетонная смесь сохраняет марку по подвижности в пределах требуемой.
Потеря подвижности зависит: тип цемента, t°C смеси, свойства заполнителя, наличие добавок.
Расслаиваемость характеризует способность смеси сохранять однородность в процессе транспортирования, укладки, уплотнения. Её определяют так: берут форму, заполняют ее бетонной смесью и подвергают вибрации (несколько минут), затем форму делят на две части (≈пополам). После этого каждая часть подвергается «мокрому рассеву» на сите №05 (т.е.промывают водой на сите). Следовательно, мы определяем количество крупного заполнителя в верхней и нижней части. Сравниваем содержание заполнителя.
Водоотделение характеризует способность смеси удерживать воду при транспортировании, укладке и уплотнении. Оценивается при помощи пипеточного метода: БС укладывается в сосуд. Затем остается в покое. На поверхности появляется вода. Её собирают пипеткой и взвешивают.
Структура бетонной смеси
и процессы при её уплотнении
Количество защемленого воздуха зависит от подвижности бетонной смеси. С уменьшением подвижности, количество защемленного воздуха возрастает до 40% и более. В очень подвижных смесях (литых) защемленный воздух не превышает 2%.
Под уплотнением понимается процесс максимального сближения твердых компонентов бетонной смеси за счет удаления из нее газообразной и иногда части жидкой фазы с целью формирования из зерен заполнителя каркаса будущего бетона.
При уплотнении бетонные смеси происходит:
1. удаление защемленного воздуха;
2. переукладка и сближение составляющих;
3. сегретация (расслоение);
4. седиментация (внутреннее водоотделение).
Сегрегация есть процесс расслоения, т.е. нарушения однородности состава бетонной смеси ( равномерности распределения ее компонентов в объеме) вследствие неоднородности физических свойств составляющих, который происходит на стадии транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси.
Седиментация – это вытеснение воды более плотными компонентами под действием силы тяжести, в результате которого происходит внутреннее и поверхностное водоотделение, образование седиментационных пор и сквозных капилляров. Время протекания процесса седиментации для слоя бетонной смеси толщиной Н, мм, составляет, мин,
τ= 0, 265*Н
Пористость бетона
Пористость, или поровое пространство, бетона на плотных заполнителях, обусловлена в основном пористостью цементного камня и количественно характеризуется такими параметрами, как объем, удельная поверхность и средний радиус. Формирование пористости происходит непрерывно вследствие протекания процессов гидратации и коррозии, в связи с чем параметры поровой структуры бетона непрерывно изменяются.
Пористость бетона – это любое незаполненное твердой фазой пространство в структуре бетона.
Пористость классифицируется:
- по размеру ;
- по отношению к воде;
- по происхождению .
1. В зависимости от размера пор различают:
- макропоры (более 0,1-0,2 мм);
- мезопоры ;
- микропоры;
- ультромикропоры (субмикропоры);
- поры геля (самые мелкие, десятки мкн).
2. В зависимости от способности поглощать и удерживать воду при атмосферном давлении поры делятся на:
- капиллярные (не способны удерживать воду в обычных условиях);
- некапиллярные (способы поглощать и удерживать воду).
Капиллярные поры играют – роль в морозостойкости и непроницаемости бетона, т.е. чем меньше капиллярных пор, тем лучше.
В зависимости от доступности для воды при насыщении при атмосферном давлении поры делятся на:
- открытые (т.е. доступные при насыщении водой)
- условно замкнутые (резервные) – недоступные для насыщения.
3. По происхождению различают:
- контракционные (образующиеся в следствие химического взаимодействия цемента с водой)
- рецептурные различают;
а. Поры определяемые соотношением водой и цементом
б. В введением специальных добавок (для увеличения или уменьшения прочности бетона):
-технологические дефекты уплотнения и дефекты твердения (трещины)
Качество уплотнения БС характеризуется коэффициентом уплотнения К:
где: ρбс,ф,у – фактическая плотность БС
ρбс,т – теоретическая плотность БС
Чем ближе К к 1, тем бетонная смесь – качественная, и наоборот К≥0,98 - меньше дефектов уплотнения.
-эксплуатационные дефекты : образуются в процессе эксплуатации, в результате физической и химической коррозии бетона.
Рассмотрим более подробно некоторые виды пор.
Поры геля составляют примерно 28% объема гидратированного цемента ( цементного геля). Объем гелевых пор не зависит от В/Ц смеси, эти поры являются неотъемлемой частью цементного геля. Размеры гелевых пор ( от 0,5 нм до 30 нм) соизмеримы с размерами молекул воды, в связи с чем вода в гелевых порах не является обычной жидкостью. В частности, ее плотность составляет до 1,5 г/см3, а температура замерзания ниже -70°С.
Контракционные поры образуются вследствие объемных изменений в системе «вода- цемент». Объем контракционных пор составляет несколько процентов объема цементного камня, размер пор изменяется в пределах от 30 нм до 50 нм. Контракционные поры оказывают положительное влияние на морозостойкость бетона.
Капиллярные поры формируются в объеме, заполненном химически несвязанной водой. Их объем и средний радиус возрастают с повышением В/Ц бетонной смеси. При В/Ц>0,38 образование капиллярных пор неизбежно. Размер пор составляет от 30нм до 50мкм. При увеличении капиллярной пористости снижается морозостойкость и непроницаемость бетона.
Седиментационные поры, образующиеся в результате процессов внутреннего водоотделения, имеют размеры от 50 до 1000 мкм и резко ухудшают морозостойкость и непроницаемость бетона.
Воздушные поры формируются в бетоне вследствие недостаточного уплотнения («защемленный» воздух) или в результате специальных технологических приемов («вовлеченный» воздух). Объем воздушных пор в конструкционных бетонах редко превышает 5%. «Защемленный» воздух, вследствие хаотичности распределения пор в объеме и нерегулярности размеров ( от 25 до 500мкм и более), как правило, приводит к снижению прочности бетона на 3-5% на каждый процент «защемленного» воздуха. «Вовлеченный» воздух создает в структуре бетона систему равномерно распределенных почти сферических пор размером от 50 до 300мкм, что резко повышает морозостойкость бетона.
Увеличение доли открытых пор снижает долговечность бетона и, наоборот, уменьшение доли открытых пор и увеличение доли условно – замкнутых пор способствуют повышению долговечности. Открытые и условно – замкнутые поры образуют полную пористость бетона, с увеличением которой при прочих равных условиях снижается его прочность.
Пористость по Горчакову
Общая пористость:
Общая (полная) пористость:
В- расход воды, кг/м3
Ц- расход цемента
n- количество воды, которую цемент способен связать химически при полной гидратации (n≈0,25)
α- степень гидратации цемента в проектном возрасте, т.е. 28 суток (α≈0,6)
Пористость бетона зависит от количеств цемента, от В/Ц, от степени гидратации. Чем больше цемента, тем больше пористость. Чем меньше В/Ц, тем меньше пористость.
От общей пористости зависит прочность бетона.
Капиллярная прочность
Из формул видно, что капиллярная пористость зависит от:
- В- содержания воды в уплотненной смеси, кг/м3;
-Ц- содержания цемента в уплотненной бетонной смеси, кг/м3;
-α- степени гидратации цемента.
При В/Ц≈0,3; Пк=0.
Капиллярная прочность определяет проницаемость и морозостойкость бетона, т.е. капиллярная пористость предопределяет долговечность ЖБК. При увеличении капиллярной пористости снижается морозостойкость и непроницаемость бетона.
Предел прочности бетона
при осевом растяжении
Это основной показатель качества бетона для конструкций, работающих на растяжение ( резервуары, плотины и т.п.), в значительной степени определяющий трещиностойкость железобетонных конструкций.
Предел прочности бетона при осевом растяжении является основным нормируемым показателем качества бетона, конструкций, образования трещин, в которых в процессе эксплуатации не допустимо:
- предварительное напряжение арматуры невозможно или не целесообразно (платины, резервуары, бассейны и т.д.). Предел прочности бетона на растяжении находится в пределах Вt = 0,4…4,0. В случае если контроль прочности бетона осуществляется именно по растяжению, необходимо иметь в виду, что коэффициент вариации выше, чем при сжатии:
Определение предела прочности при растяжении выполняют на «образцах-восьмерках»:
Существует зависимость между пределом прочности при растяжении и пределом прочности при сжатии:
Рассмотрим сечение бетона:
Разрушение может происходить:
- по цементной матрице и контактной зоне;
- по цементной матрице и заполнителю ;
- по 1-му и 2-му случаю одновременно.
По цементной матрице и заполнителю – когда цементный камень намного прочнее заполнителя. Пример, это легкие бетоны на пористых заполнителях и особо высокопрочные тяжелые бетоны.
По цементной матрице и контактной зоне – когда прочность заполнителя на растяжение существенно превышает прочность цементного камня. Пример, это тяжелые бетоны низких и средних классов.
Разрушение происходит по цементной матрице и контактной зоне и по цементной матрице и заполнителю:это высокопрочные тяжелые бетоны. Прочность контактной зоны на отрыв от заполнителя зависит от В/Ц и особенностей (свойств) заполнителя и может составлять от 20-90% прочности цементного камня на растяжение.
Чтобы повысить Rt, необходимо использовать заполнитель с шероковатой поверхностью.
Предел прочности бетона на растяжение определяется активностью цемента на растяжение, видом заполнителей и степенью их загрязненности, качеством уплотнения, условиями твердения и т.д. Для обеспечения высокой прочности на растяжение необходимо использовать чистые фракционированные заполнители, крупные пески и обеспечить условия твердения, ограничивающие усадку цементного камня. Предпочтение следует отдавать заполнителям, обеспечивающим высокое сцепление с цементным камнем ( известняки плотные, доломиты).
Предел прочности
бетонного блока при изгибе
Предел прочности бетонного блока при изгибе является основным нормируемым показателем качества блока, конструкции, эксплуатируемым при действий изгибающих моментов, при этом образование трещин в таких конструкциях недопустимо, а предварительное напряжение арматуры невозможно или нецелесообразно (бетоны для дорожных и аэродромных покрытий).
Обозначение: Bf – класс бетона по прочности при изгибе
Bf = 0,6 … 6,0
Существует связь между пределом прочности при изгибе и пределом прчности при сжатии:
В России k=1,72 … 1,75 – для конструкций; для строительных лабораторий: k=1,52…1,56; для обычных бетонов: k=1,39…1,42. В европейских нормах EN соотношение k≈1,39.
Для определения предела прочности при изгибе используются образцы – призмы высотой h со стороной квадратного основания а при h/a=4. Размер призмы зависит от наибольшей крупности заполнителя. Базовым считается образец 150*150*600 мм. Для приведения результатов испытаний призм других размеров к базовому образцу используются коэффициенты приведения.
Рисунок – схема испытаний на изгиб (четырех точечный).
где: b ~ 0,8; а ~ 0,4.
Rц,f – активность цемента при изгибе.
Предел прочности бетона при изгибе определяется активностью цемента при изгибе, качеством заполнителей, степенью уплотнения бетонной смеси, условиями твердения.
Предел прочности бетона при раскалывании
Предел прочности бетона при раскалывании не является основной характеристикой, но широко применяется в испытании материалов в замен определения прочности на основе растяжения.
Предел прочности при раскалывании кубов и цилиндров:
(1) (2)
1 схема: используются образцы – кубы, раскалывание осуществляется с помощью стержней – цилиндров (d – у них не большой)
2 схема: образцы – цилиндрической формы подвергаются испытанию
Существует зависимость между пределом прочности бетона при осевом растяжении и пределом прочности бетона при раскалывании.
Предел прочности при срезе
Предел прочности при срезе является характеристикой бетона при расчете некоторых конструкций на продавливание. Сопротивление срезу можно определить по формуле Мерша:
Способы испытаний на срез стандартом не регламентируются.
Предел прочности при кручении
Предел прочности при кручении необходим при расчете специальных конструкций ( например, опор линий электропередачи) на кручение. Предел прочности бетона при кручении может быть определен ориентировочно по зависимости:
Рисунок – линия ЛЭП.
При обрыве одного провода вся нагрузка переходит на другой край, и конструкция начинает работать на кручение.
Деформационные свойства бетона
при кратковременном силовом воздействии
1. Центральное осевое сжатие:
∆l=∆l1 + ∆l2 ; E=∆l/l0 ; ∆а=∆а1 + ∆а2 ; Еп = ∆а/а ; σ = F/А ; А=а2.
где: ∆l – продольная деформация
∆а – поперечная деформация
Е – относительная деформация, отнесенная к первоначальному размеру
Относительной деформации могут быть продольные и поперечные.
А- первоначальная площадь
F – действующая сила
σ – механическое напряжение
μ = Еп / Е - коэффициент поперечных деформаций
Деформативные свойства бетона при осевом сжатии характеризуются зависимостью «напряжения- деформации», которая называется диаграммой «σ-ε», причем возможно изучение деформаций, т.е. получение диаграммы «σ-ε» как в продольном, так и в поперечном направлении. Для удобства практического применения деформации бетона представляют в относительном виде – как отношение абсолютного значения деформации к первоначальному размеру образца. Деформативные свойства бетона учитываются при расчете деформаций железобетонных конструкций ( прогибов плит и т.д.). Вследствие наличия у бетона упругопластических свойств его диаграмма «σ-ε» является нелинейной. Для характеристики деформативных свойств бетона используются такие параметры деформирования, как модуль деформаций, коэффициент упругости, коэффициент пластичности и величина деформаций, соответствующая пределу прочности бетона.
Модулем деформаций бетона называется отношение величины напряжения к соответствующей ему относительной деформации:
Е=σ/ε
Очевидно, что в силу нелинейности диаграммы «σ-ε» Е= const.
Деформативность бетона зависит от деформативных свойств его компонентов (цементного камня и заполнителей), их объемной концентрации, продолжительности и условий твердения. Модуль упругости тяжелых бетонов возрастает в диапозое от 20*103 до 65*103 МПа при повышении предела прочности при сжатии от 15 до 150 МПа. Модуль упругости тяжелых бетонов повышается с увеличением модуля упругости крупного заполнителя и его объемного содержания в бетоне ( определяется по формуле О.Я. Берга). Влияние времени твердения на модуль упругости тяжелого бетона менее выражено, чем на прочность.
Связь модуля упругости бетона с пределом прочности при сжатии неоднозначна и характеризуется отклонением расчетных значений от фактических до 30%.
Диаграмма напряжения деформаций
Зависимость напряжения от деформации называется «σ»-«ε» называется диаграммой или диаграммой напряжений деформации.
Параметры «σ»-«ε» диаграммы для предельных деформаций
`
1. «σ»-«ε» диаграмма бетона криволинейна, имеет восходящую и низко ходящую ветвь.
2. Модулем деформации называется tд угла наклона секцией, проходящей через начало координат и любую точку диаграммы. С увеличением напряжения модуль деформацией уменьшается.
3. Начальным модулем упругости бетона условно называется модуль деформацией, соответствующей уровню напряжения, составляющего 30% предела кратковременной прочности: Е0 = Е {σ = 0,3R} – начальный модуль упругости бетона; в европейских нормах ЕN модуль деформации, соответствующей уровню напряжения, составляет 40% предела кратковременной прочности.
4. Уровень нагружения 30% от максимального (40% в EN) условно упругой работы бетона. В любой точки диаграммы при напряжениях, превышающих условный предел упругости, деформация состоит из 2-х составляющих:
- упругой
- не упругой
Коэффициентом упругости называется отношение упругой деформации к полной в любой также точке диаграммы:
Коэффициенты пластичности называется отношение неупругой деформации к полной в любой точке диаграммы:
Динамическим модулем упругости (Ed) называется модуль деформации при напряжении, равном нулю (т.е. в начале координат):
где: μ – коэффициент Пауссона ;
v – скорость распространения продольных колебаний в материале (характеристика упругих свойств материалов) ;
ρ – плотность материала.
С увеличением уровня напряжений доля неупругих деформаций в полной деформации возрастает.
Предел кратковременной прочности R, начальный модуль упругости Е0, коэффициент упругости, соответствующий пределу кратковременной прочности (λR/εR) называются основными константами деформирования бетона:
Влияние рецептурно-технологических
факторов на основании константы деформирования
1. Начальный модуль упругости бетона E0:
Увеличение прочности Rрr ≈в 4раза дает увеличение Е0 ≈ только менее, чем в 2 раза.
К1 – учитывает влияние упругих свойств заполнителей
К2 – функция, учитывающая объемную концентрацию крупного заполнителя
К3 – функция, учитывающая влияние вида цемента, для ПЦ К3 = 1
К4 – учитывает влияние условий твердения (НУ:K=1, при ТВО К4 = 0,85 – 0,9)
2. Коэффициент упругости (относительная деформация, соответствующая пределу кратковременной прочности).
Коэффициент упругости:
ER находится в пределах от 130*10-5 до 320*10-5 МПа.
Модуль упругости при растяжении
Деформативные свойства бетона при осевом растяжении характеризуется зависимостью «напряжение – относительная деформация», которая называется диаграммой «σt-εt»бетона. Вследствие наличия у бетона упругопластических свойств диаграмма «σt-εt» является нелинейной. Для характеристики деформативных свойств бетона при растяжении используются такие параметры деформирования, как модуль деформаций, коэффициент упругости, коэффициент пластичности, величина деформаций, соответствующая пределу прочности при растяжении (« предельная растяжимость»).
В связи с нелинейностью диаграммы «σt-εt» модуль деформаций при растяжении, как и при сжатии, убывает при повышении приложенного напряжения. Однако, при растяжении диаграмма «σt-εt» сохраняет линейность до более высокого уровня нагружения – примерно 0,5-0,7 предела прочности при растяжении. В связи с этим в исследованиях начальный модуль упругости бетона при растяжении при уровне напряжения 0,4 – 0,5 предела прочности.
Методика определения модуля упругости при растяжении стандартами не регламентируется. В нормах проектирования железобетонных конструкций модуль упругости при растяжении принимается равным модулю упругости при сжатии, что не соответствует действительности.
Величина деформаций, соответствующая пределу прочности при растяжении, определяет стойкость бетона к трещинообразованию и регламентируется стандартами для некоторых специальных бетонов ( например, для гидротехнического).
Модуль упругости при растяжении равен модулю упругости при сжатии.
Предельная растяжимость бетона Et определяется:
Параметры деформирования бетона
при осевом сжатии при длительном действии нагрузки
Простым нагружением называется нагружение, при котором в некоторый момент времени τ0 условно – мгновенно прикладывается некоторое напряжение σ0, которое в дальнейшем в течение всего времени наблюдения (бесконечно долго).
При постоянном напряжении может измениться деформация.
Ползучестью называется способность материала формировать с течением времени даже при постоянной величине противоположно напряжения.
Различают 3 вида ползучести (на рисунке):
1. линейная затухающая при напряжении σ1<~0,45R (условного предела упругой работы бетона). Линейная означает, что деформация ползучести прямо пропорционально величине приложенного напряжения. Затухающая означает, что деформация достигает определенного предела.
2. затухающая нелинейная (σ1<~0,45R, σ2<ηR), где ηR- уровень длительной прочности. Итак: 0,45R<σ2<ηR. Нелинейная означает: рост деформации не пропорционально росту напряжений.
3. нелинейная незатухающая (σ3>ηR), деформации развиваются во времени до разрушения.
Таким образом, при уровне нагружения, меньшем некоторого предела, близкого к деформации ползучести практически прямо пропорциональны приложенному напряжению, при этом характеристики ползучести остаются постоянными. Такое состояние называется линейной ползучестью. С повышением уровня нагружения до уровня длительной прочности отмечается нарушение линейности, т.е. деформации ползучести растут быстрее, чем приложенное напряжение, в связи с чем характеристики ползучести в этой области деформирования не являются постоянными. Такое состояние носит название нелинейной ползучести. Но в обоих случаях деформации ползучести бетона с течением времени прекращаются ( затухают). При уровне нагружения, превышающем предел длительной прочности, деформации развиваются необратимо вплоть до разрушения бетона.
Мера и характеристика
коэффициента ползучести (линейной)
Коэффициентом (характеристикой) ползучести называется отношение деформации ползучести к упругой деформации ползучести к упругой деформации при том же напряжении.
Физический смыл коэффициента ползучести: показывает во сколько раз деформация ползучести больше деформации упругости.
Мера ползучести:
Мерой ползучести – называется отношение деформации ползучести к величине приложенного напряжения.
Физический смысл: мера ползучести численно равна величине отношению деформации, соответствующей приложенному напряжению в 1 МПа.
Величина ,
Называемая характеристикой ползучести, показывает, во сколько раз деформация ползучести превышает величину упругой деформации. Для тяжелых бетонов величина меры ползучести изменяется в пределах примерно от 2,5*10-5 до примерно 25*10-5 МПа, характеристика ползучести – от 1 до 3, а в некоторых случаях до 5,5.
Влияние рецептурно – технологических и эксплуатационных факторов на ползучесть
В процессе эксплуатации на ползучесть оказывают влияние 2-х факторов:
1. сечение конструкции (чем массивнее конструкция, тем меньше проявляется ползучесть);
2. относительная влажность среды (чем ниже влажность, тем выше ползучесть).
Также характеристики ползучести бетона зависят от его состава, условий приготовления и твердения, сроков загружения, условий окружающей среды. Значительное влияние на меру ползучести оказывает количество цементного камня в объеме бетона, поскольку ползучесть бетона в основном обусловлена свойствами цементного камня- вязким течением геля, капиллярными явлениями, микротрещинообразованием.
Развитие ползучести во времени
По нормам ползучесть развивается в течении 6-ти месяцев.
Деформации ползучести развиваются длительно во времени, причем за первый год проявляется до 80% деформаций ползучести, которые затухают к 10, а по некоторым данным, к 30 годам.
К отрицательным проявлениям ползучести бетона относится снижение уровня обжатия предварительно напряженных железобетонных конструкций, что уменьшает их жесткость и трещиностойкость. По некоторым данным, ползучесть отрицательно влияет на долговечность нагруженных железобетонных конструкций в суровых условиях эксплуатации, например при циклическом замораживании – оттаивании в водонасыщенном состоянии. Для статически неопределимых конструкций ползучесть может играть положительную роль, способствуя перераспределению напряжений.
Усадка бетона
Усадкой бетона называется уменьшение объема и линейных размеров бетона во времени, вызванная химическими (вызванные в процессе эксплуатации), физико-химическими и физическими (удаление воды из бетона при высании или радиационном воздействии) причинами.
В зависимости от времени действия различают:
- усадка свежеуложенного бетона (пластическая);
- усадка твердеющего бетона (контракционная, усадка при высыхании);
- усадка бетона зрелого возрасти (усадка при высыхании, усадка карбонизационная, усадка контрационная).
1.
В Европе усадку выражают в %, а в России – мм/м (1% = 10 мм/м). Пластическую деформацию допускать нельзя.
2. Контракционная усадка происходит в результате процесса контракции (см ранее) при химическом взаимодействии минералов цемента с водой. Наиболее интенсивно контракционная усадка развивается в первые 5 суток, при чем особенно интенсивно в 1-е сутки.
3. Усадка при высыхании происходит в результате «захлопывания капилляров» при их обезвоживании.
Развитие усадочных деформаций во времени
Усадка длится 120 суток при φ1=60%, т.е. в процессе испытаний из бетона испаряется вода. Следовательно, бетон приходит в гигрометрическое равновесие со средой (прекращаются моменты усадки бетона). Если условия изменяются, то в процессе усадки возобновится и будет продолжаться до гигрометрического равновесия с другими условиями.
Диаграмма Цилосани:
Устанавливает связь между влажностным состоянием бетона и величиной усадки.
W – влажность бетона в %:
- на 1 участке удаляется вода из крупных капилляров;
- на 2 участке – удаляется вода из мелких капилляров, происходит усадка за короткий промежуток времени;
- на 3 участке – удаляется вода из более мелких пор, усадки не происходит;
- на 4 участке – происходит опять большая усадка за короткий промежуток времени.
Усадка определяется влажностным состоянием бетона. Усадочные деформации бетона резко возрастают при увеличении водосодержания бетонной смеси. В связи с этим все мероприятия, направленные на снижение водосодержания бетонной смеси ( применение жестких бетонных смесей, суперпластификаторов, вакуумирования), способствуют снижению усадки бетона.
Основные факторы, определяющие усадку бетона
Усадка бетона зависит:
- усадка заполнителя f (Esh,з);
- величина В/Ц (f(В/Ц));
- от объемной концентрации цементного камня Vцк : Vцк = (1-VЗ);
- от свойств цемента или базовой усадки цементного камня (Esh,цк), Х=1,4 – 1,8.
Базовая усадка бетона составляет 10-30% от базовой усадки цементного камня.
Зависимость усадки от В/Ц
1 – усадка при высыхании (прямая зависимость от В/Ц);
2 – усадка контракционная (обратная зависимость от В/Ц), Еsh,ch=2,5 (R-10) – в EN.
Методы борьбы с контракционной усадкой:
- замедление темпов твердения в ранний период;
- применение расширяющихся цементов ;
Уменьшение объемной концентрации цементного камня приводит к уменьшению усадки бетона.
Базовая усадка цемента зависит от:
- минералогигеческого состава цемента (C3F и C2S имеют большую усадку цемента);
- тонкость помола цемента (увеличение тонкости помола, повышает усадку);
- содержание гипсового камня (должно быть оптимального значения увеличивает усадку).
Цементы делятся на 5 групп:
Базовая усадка изменяется по методике ОРГ ЭНЕРГОСТРОЙ.
Испытания проводятся на образцах из цементного теста нормальной густоты размером 40х40х160 мм. Усадка максимально составляет Esh,Б≈0,3 Esh,цк (0,3; 0,6; 0,9; 1,05 мм/м)
Набухание бетона
При увеличении влажности бетона происходит увеличение его объема (набухание). Набухание наиболее интенсивно развивается в первые 5 суток увеличения влажности. Значение деформации набухания для бетона ≈0,1 … 0,3 мм/м. В результате явления усадки и набухания реальные конструкции в процессе эксплуатации постоянно испытывают влажностные деформации.
Чередующиеся процессы усадки и набухания расшатывают структуру бетона, что проявляется прежде всего в ухудшении его деформативных свойств. Усадка бетона может быть причиной поверхностных усадочных трещин, распространяющихся в глубь конструкции до 10 мм. Такие трещины могут стать очагом разрушения при замораживании бетона в водонасыщенном состоянии.
Температурные деформации бетона
Как и все тела при изменении температуры, бетон подвержен изменению объема (объемные деформации) и линейных размеров (линейные деформации).
Количественной характеристикой температуры деформации бетона является:
Связь между коэффициентами: β=3α
Нормативное значение коэффициента линейного температурного расширения бетона составляет αБ=10*10-6 1/°С. Для стали αБ=12*10-6.Теоретически близкие коэффициенты деформаций предопределяют свойства бетона.
КЛТР в пределах: (6…15)*10-6.Значение температурных деформаций бетона может быть определенно через коэффициенты температурной деформации цементного камня и заполнителей по «правилу смесей»:
Кроме того, коэффициент температурной деформации бетона зависит:
- от влажности бетона (засчет сильной зависимости коэффициента деформации цементного камня от влажности);
- от температуры .
Дальнейшее повышение Т°С дает увеличение α в 2-3 раза по сравнению с α0.
Отрицательная черта α – температура изменяется в одном направлении, а деформации в другом. (при уменьшении Т°С тело расширяется).
Морозостойкость бетона
Морозостойкость бетона является основным нормативным показателем качества бетона конструкций, эксплуатируемых в атмосферных условиях, в том числе при систематическом увлажнении с переходом температуры через ноль.
Морозостойкость бетона нормируется марками. В условном обозначении отражается так: БСГ В20 П2 F100.
Для тяжелых бетонов установлены марки по морозостойкости: F50-F1000.
Нормирование марки осуществляется в зависимости от:
- требуемой долговечности конструкций ;
- условной эксплуатации:
а. расчетная зимняя температура;
б. число переходов через ноль (количество замораживаний и отмораживаний за сезон);
в. степени водонасыщенности бетона в процессе эксплуатации.
Существует два подхода к нормированию морозостойкости:
1-й подход – это марка бетона по морозостойкости; Д-долговечности; коэффициенты, учитывающие различные условия эксплуатации: Д=К1*К2*К3 …F.
2-й подход – в Европе отказываются от показателя морозостойкости, т.к. считается, что показатель морозостойкости не является показателем, определяющим прочность бетона.
Определение морозостойкости
Для определения морозостойкости существуют следующие методы:
- прямые – основанные на циклическом замораживании-оттаивания водонасыщенного бетона;
- косвенные .
Критерии морозостойкости:
- по плотности: КR=RF/R0 ≥ 0,95
- по массе: ∆m/m ≤ 0,03 (mF/m0 ≥ 0,97)
Прочность испытаний образцов по отношению контрольным образцам может быть снижена на 5%.
Потеря массы образцов не превышает 3% (для дорожных покрытий).
В зарубежной практике в качестве критерия морозостойкости используется. изменение динамического модуля упругости бетона (США, страны, работающие по американским стандартам ASTM), EF/E0 ≥ 0,66.
В Европе широко используются метод, основанный на измерении потери массы после фиксированного количества циклов замораживания-оттаивания (образцы имеют форму пластин: по поверхности делается бортик, пластина заполняется 3% NaCl и в таком виде проходит 56 циклов замораживания и оттаивания).
После завершения циклов раствор сливается. С поверхности кисточкой удаляются частицы (шелуха). По ним определяется потеря массы по отношению к площади поверхности.
Делается вывод о морозостойкости:
В < 500 г/см2
С
Н > 1500 г/см2
Достоинства метода определения морозостойкости: четкая фиксированная продолжительность испытаний (56 циклов – 28 дней).
Недостатки: метод учитывает декоративность, а что внутри со структурой происходит он не учитывает.
Российский и американский методы определения морозостойкости одинаковы. В России – критерий изменения прочности (испытания на разных образцах), в Америке- динамический модуль упругости бетона (испытания проводятся на одних и тех же образцах, осуществляется опыт с помощью ультразвукового контроля; нет погрешности, учитывающей, что это разные образцы)
Основные факторы, вызывающие разрушение бетона при циклическом замораживании – оттаивании
Имеем бетон с множеством капилляров, заполненных водой. Бетон изначально имеет Т°С в своем массиве. Начинается замораживание, появляется фронт замерзания.Т °С доходит до определенного уровня. При отрицательной температуре вода в капиллярах замораживается, образуется ледяная пробка. Температура продвигается дальше, пробка увеличивается в объеме. На воду в жидком состоянии давит лед. Давление распространяется по капилляру.
В устье капилляра (τ→0) возникает напряжение напряжение σТ: σТ/σ = Кσ – коэффициент концентрации напряжения – это функция радиуса Кr = f(1/r).
При уменьшении r Кσ возрастает (резко, в сотни раз).
В устье трещины действует расклинивающие давление (величина его сотни МПа). Далее происходит разрыв. Следовательно, капилляр увеличивается в длине. Вода будет стремиться к поверхности, там она испарится (по законам физики). Причиной разрушения бетона при циклическом замораживании – оттаивании является преобразование капилляров в растущие трещины в результате гидростатического давления, обусловленного фазовым переходом воды в лед.
Основные способы защиты бетона от разрушения при циклическом замораживании-оттаивании
Капиллярная пористость зависит от количества цементного камня в бетоне и В/Ц. Чем меньше цементного камня, тем лучше для капилляров. Этот камень должен иметь низкое В/Ц.
1. Это достижение как можно меньшего значения В/Ц, за счет гранулометрии заполнителя и пластификаторов.
2. В теле бетона создается большое количество равномерно-распределенных «ловушек» для трещины. Эти ловушки:
- сферические воздушные поры размером ≈ 50 – 300 мкн, которые создаются в бетоне.
- в результате контракции цемента
- применение специальных воздухововлекающих добавок
- с помощью газообразующих добавок.
Существуют фактор Паурса: расстояние между 2-мя «ловушками» не должно превышать 0,25 мм.
Включения в структуру бетона большого количества равномерного распределенных демпфирующих компонентов – низкомодульных включений. Преимущества: Легче ввезти требуемое количество (по сравнению с воздухом). Демпфирующие компоненты в меньшей степени снижают прочность бетона.
Стабильность морозостойкости
По стабильности морозостойкости выделяют следующие марки:
F 100; F 200; F 300; F 500.
В соответствие каждой марке ставится коэффициент вариации:
VF ~ 0,3; ~0,25; ~0,22; ~0,15 – коэффициент вариации
Между маркой по морозостойкости и коэффициентом вариации существует зависимость:
Коэффициент вариации VF выше, чем у коэффициента прочности. Стабильность F (определяется раз в квартал) на много ниже стабильности прочности R (определяется два раза в смену).
Влияние напряженно-деформированного состояния на морозостойкость бетона
При испытаниях морозостойкости в лаборатории испытывается образцы не испытывают воздействия механических напряжений от предложенной нагрузки. В реальных конструкциях бетон подвергается воздействии сжимающих либо растягивающих напряжений, вызванных эксплуатационными нагрузками. Эти напряжения могут существенно изменять реальную морозостойкость бетона в сравнении с лабораторными испытаниями.
σt/Rt – уровень растягивающих напряжений.
σ/R – уровень снижающих напряжений.
σt – растягивающее напряжение.
σ – снижающее напряжение.
Fσ - реальная морозостойкость.
F0 – морозостойкость испытаемых образцов.
R – прочность при сжатии
Расчетная нагрузка для бетона составляет 0,54Rcж.
Влияние рецептурно-технологических
факторов на морозостойкость бетона
(как получить морозостойкий бетон ?)
Морозостойкость бетона зависит от:
- качества заполнителей:0,5% пылевидных глинистых частиц – это 50 циклов замораживания и оттаивания: 0,5% ПГ → 50Ц
- минералогия цемента (содержание щелочей):
С3А < 5% ≥ F300
С3А > 7% ≥ F100
- химия цемента (содержание щелочей):
R20 (Na2O + K2O)
R2O < 0,4 ≥ → F300
R2O < 0,8 ≤ → F100
Большое влияние оказывает содержание SO3 ≈ f(C3A). Количество гипсового калия в цементе должно соответствовать содержанию алюминатов. Недостаток или избыток гипсового камня приводит к снижению морозостойкости.
- водоцементное отношение:
На практике для бетонов с высокой морозостойкостью (F300) величину В/Ц принимают не более 0,42.
- воздухововлечение (резервная пористость).
ВВ = 5…7%
В<4ВВ (финский стандарт устанавливает связь м/у количеством воды и вовлеченного воздуха): содержание воды в 4 раза меньше содержания вовлеченного воздуха.
- условия твердения:
а) благоприятные Н.У.;
б) в случае необходимости применять ТВО, следует повышать температуру со скоростью v не более 10 °С/ч, предварительное выдерживание принимать не менее 5 часов, температуру изотермы устанавливать не более 70 °С, охлаждение (остывание) проводить со скоростью не более 10 °С/ч до температуры, превышающей температуру среды, не более чем на 30 °С.
А) обычный бетон: отформованное изделие выдерживается в течении 2-х часов. В камере тепловой обработки температура Т°С поднимается за 3ч до 85 °С. Это изделие выдерживается при t=85°C в течение 6-9 часов. Потом изделие остывает 2 часа со v=20-30 °C/ч.
Б) изделие с высокой морозостойкостью: предварительное выдерживание изделия в течение 5 часов. Температуру поднимаем до 70 °С со v=10°C/ч. При 70 °С выдерживаем изделие 5-9 часов, далее будем осуществлять регулируемое остывание изделия со v=10°C/ч. Чтобы температура превышала среды не более чем на 35 °С.
- для производства бетонов высокой морозостойкости следует использовать свежие цементы. Лежалый цемент (хранение более 3-х месяцев) резко снижает морозостойкость бетона.
Основные положения по расчету
состава морозостойкого бетона
Формула Сизова:
Данная формула показывает связь марки по морозостойкости с активностью цемента, цементно- водным отношением.
Морозосолестойкость бетона
Особым видом воздействия является одновременное влияние знакопеременной температуры и солей, характерное для бетонов дорожных и аэродромных конструкций, морских сооружений. Стойкость бетона в этом случае оценивается условной характеристикой – морозостойкостью. В зависимости от концентрации солей соотношение между морозостойкостью и морозосолестойкостью изменяется в пределах от 2 до 5. Для повышения морозосолестойкости необходимо обеспечить плотную мелкопористую структуру бетона, что достигается применением суперпластификаторов и некоторых химических и минеральных добавок, например микрокремнезема.
Водонепроницаемость бетона
Водонепроницаемость бетона является основным нормируемым показателем качества бетона, определяющим стойкость ЖБЗ, эксплуатируемых в агрессивных средах. Нормируется марками по водонепроницаемости: БСГ В20 П1 F100 W4 -
4 - избыточное давление, которое выдерживает бетон в условиях стандартных испытаний в атмосферах (1 м водяного столба).
Для бетона установлены марки по водонепроницаемости от W2 до W20 через 0,2 МПа.
Нормирование водонепроницаемости бетона для гидротехнических сооружений осуществляется в зависимости от величины градиента (grad) напора, представляющего собой отношение избыточного давления воды в метрах водяного столба b к толщине конструкции Н.
Градиент напора:
H – перепад уровня воды
b – толщина конструкции
Если L*0,8 ≈ W (марка по водонепроницаемости)
Для конструкций, подверженных коррозионному воздействию, марка по водонепроницаемости (плотности) устанавливается в зависимости от параметров агрессивной среды (концентрации агрессивных веществ) и нормируемой степени агрессивности.
ПРИМЕР: при содержании концентрации агрессивных веществ (SO24) 1000 мг/л, является агрессивной средой с W4 и слабо агрессивной W20.
W4 – бетон нормальной плотности
W6 – бетон повышенной плотности
W8 – бетон особо плотный
Чтобы делать бетон особо плотным, необходимо увеличить концентрацию агрессивных веществ (SO24) в 1,7 раза.
Определение марки бетона по водонепроницаемости
Определение марки бетона по водонепроницаемости осуществляется 3 основными способами:
1.базовый (по мокрому пятну):
Для испытаний на водонепроницаемость используются цилиндрические образцы в количестве 6 шт. диаметром и высотой 150 мм. При испытаниях к образцам прикладывается избыточное давление воды ступенчато по 0,2 МПа с выдержкой на каждой ступени в течение 16ч. Образцы считаются непроницаемыми при данном давлении и имеют марку по водонепроницаемости, если в 4 образцах из 6 не наблюдается признаков фильтрации воды.
2.С помощью фильтратометра:
На кладку бетонной поверхности устанавливается герметизированный прибор, способный в течение 30с подать воду давлением 10 атм. Затем смотрим диаметр мокрого пятна, который образовался на поверхности. В зависимости от этого диаметра определяем марку по водонепроницаемости ( чем больше диаметр, тем меньше марка бетона по водонепроницаемости).
Данный способ имеет достоинство: быстрый процесс проведения испытания.
Недостаток способа- бетонная поверхность должна быть гладкой, ровной, сухой.
3.оценка водонепроницаемости по воздухопроницаемости ( прибор Огама):
Для испытания берут образец, высушенный до постоянной массы при t=105°C.На него устанавливается прибор Огама ( прижимается, герметизируется). В этой камере создается разряжение воздуха, которое фиксируется манометром. Затем прекращают отсос воздуха и фиксируют падение давления, по которому и устанавливают марку бетона по водонепроницаемости (W). Продолжительность опыта составляет от 30-40с до 0,5ч.
Влияние рецептурно- технологических факторов на водонепроницаемость бетона
Основными путями фильтрации воды через бетон являются:
В связи с этим, основные принципы регулирования состава и технологии получения водонепроницаемого бетона сводятся к следующему:
B-2nαЦ В/Ц-2nα
П к = = Ц , где
10 10
n- количество химически связанной воды ( n≈0,25);
α- степень гидратации ( α≈0,6 в проектном возрасте)
Между водонепроницаемостью и капиллярной пористостью существует зависимость, представленная ниже:
Практически капиллярная пористость реализуется подбором «идеальной» гранулометрией и применения суперпластификаторов в сочетании с длительным благоприятным влажным режимом твердения.
Марка бетона по водонепроницаемости связана с коэффициентом фильтрации, который используется в расчетах долговечности железобетонных конструкций. Коэффициент фильтрации численно равен количеству воды, проходящей через образец единичной толщины, единичной площади в единицу времени при перепаде давлений, равном единице, и имеет размерность см/с. Численные значения коэффициента фильтрации зависят от плотности и влажности бетона и изменяются в пределах от 2*10-8 до 5*10-12 см/с и менее.
Фильтрация воды через бетон не является постоянной, в ней различается 5 периодов: индукционный ( до начала фильтрации), возрастающей фильтрации, максимальной фильтрации, нестабильной снижающейся фильтрации, стационарной фильтрации. Время от начала испытаний до стационарной фильтрации характеризует период установления стационарного потока и может достигать полутора месяцев. Коэффициент фильтрации при постоянном потоке составляет 20-25% от максимального ее значения.
Основные положения по расчету состава водонепроницаемого бетона
Для расчета водонепроницаемого бетона необходимо знать, что водонепроницаемость бетона зависит от цементно- водного отношения (формула) и имеет связь с прочностью и морозостойкостью бетона ( график):
W = aRц*(Ц/В- В)
Таким образом, можно сделать вывод, что пористость – это функция отношения воды к цементу. А прочность R, морозостойкость F, водонепроницаемость W – это функция от пористости.
Для обеспечения низкой проницаемости необходимо ограничивать В/Ц бетонной смеси не более 0,5, создать длительные благоприятные условия твердения, применить уплотняющие добавки и специальные цементы.
Влияние напряженно- деформированного состояния (НДС) на водонепроницаемость бетона
где
σt / Rt – уровень растягивающих напряжений;
σ/R – уровень сжимающих напряжений;
σt – растягивающее напряжение;
Wσ – реальная водонепроницаемость;
W0 – водонепроницаемость испытываемых образцов;
R – прочность при сжатии
Согласно данному графику, можно сделать соответствующие выводы о том, какая из представленных на графике величин воздействует на состояние бетона.
Коррозия бетона
Под коррозией подразумевается гидратация ( разрушение ) бетона во времени, обусловленное физическими, физико- химическими и химическими процессами, происходящими в структуре бетона, в результате его взаимодействия с окружающей средой без учета влияния механических напряжений от нагрузок.
Существует классификация коррозии по Москвину:
1.Коррозия 1 типа: есть результат разрушения бетона в результате воздействия на него « мягких» вод при омывании или фильтрации. Механизм коррозии сводится к следующему: в результате гидратации алита одним из продуктов является Ca(OH)2 – портландит, имеющий растворимость в воде до 1,2 г/л.
Существует зависимость между прочностью бетона и содержанием портландитом:
Удаление примерно 30%Ca(OH)2 из цементного камня влечет за собой потерю всей прочности цементного камня.
Условно безопасная граница удаления Ca(OH)2 из цементного камня ≈ 10%.
Способ защиты против коррозии 1типа: плотнее необходимо изготавливать бетон, т.е. необходимо повышать марку по водонепроницаемости.
2.Коррозия 2 типа: обменные реакции между продуктами и поступающими из вне агентами, в результате которых образуются либо легко растворимые соединения, либо соединения, не обладающие вяжущими свойствами, либо соединения, вызывающие коррозию 3 типа.
При этом типе коррозии происходят следующие реакции:
Ca(OH)2 + Na2SO4 CaSO4 + 2Na+ + 2OH-
Ca(OH)2 + MgSO4 CaSO4 +Mg(OH)2
Ca(OH)2 + MgCl Ca2+ + Cl- + Mg(OH)2
Ca(OH)2 + NaCl Ca2+ Cl- + Na+ + OH-
Эта коррозия характеризуется тем, что вода растворяет и уносит растворенные соединения. Следовательно, коррозия 2 типа идет только в воде.
Карбонизация происходит так:
Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O – образуется нерастворимое соединение
Таким образом, все виды коррозии 2 типа основаны за счет химического взаимодействия; в той или иной форме уходит Ca(OH)2.
Способ защиты против коррозии 2 типа: необходимо повышать марку бетона по водонепроницаемости.
3.Коррозия 3 типа: разрушение бетона в результате позднего образования гидросульфоалюминатов кальция (ГСАК) – вторичные продукт- при воздействии на бетон сульфатов ( так называемая сульфатная коррозия).
В составе цемента есть трехкальциевый алюминат , который взаимодействует с водой с образованием гидроалюминатов кальция. Далее к полученному образованию добавляют гипсовый камень для замедления сроков схватывания. В результате образуется эттрингит, который тормозит дальнейшую быструю гидратацию С3А за счет образования защитного слоя и замедляет схватывание цемента на 3…5ч:
C3A + H2O CxAHn + CaSO4* 2H2O 3CaO*Al2O3*3CaSO4*(30-32) H2O
Эттрингит для воды не проницаем ( его объем составляет в 2 раза больше, чем суммарный объем образующих его веществ, что приводит к растрескиванию бетона).
Активный эттрингит образуется при повышенном рH- среды, а пассивный эттрингит – при пониженном рH – среды.
Способ защиты против коррозии 3 типа: использование сульфатостойких цементов, которые отличаются повышенной устойчивостью к действию сульфатных вод, что обеспечивается пониженным содержанием С3А. Изготавливают этот цемент из клинкеров нормированного минералогического состава:
C3A≤ 5%
C3S≤50%
C3A+ C4AF˂22%
Механизм работы коррозии 3 типа: уменьшение гидросульфоалюминатов кальция ведет к уменьшению образования эттрингита. Чем меньше С3А , тем меньше гидроалюминатов кальция; и чем меньше трехкальциевого силиката С3S, тем меньше Ca(OH)2, следовательно, уменьшается pH – среды. А это значит в меньшей степени будет образовываться эттрингит.
Выделяют внутреннюю коррозию (щелочную): происходит в результате взаимодействия щелочей, содержащихся в цементе с аморфным микрокремнеземом ( опал, халцедон), содержащимся в некоторых заполнителях:
Na2O + K2O = R2O + (SiO2)
Далее образуется гель кремнекислоты, объем которого больше объема своих компонентов. В результате происходит растрескивание бетона. Образуются нерегулярные и хаотичные трещины.
Способ защиты против внутренней коррозии: необходимо следить, чтобы в цементе содержание щелочи и реакционно- активного кремнезема в заполнителях было минимальным.
Есть еще такой вид коррозии как солевая коррозия: по своему сути имеет хаотичный характер. Происходит в результате кристаллизационного давления выпадающих в порах бетона солей. Рассмотрим пример солевой коррозии:
Соли при кристаллизации образуют сильное давление на поверхности сваи и разрывают изделие.
Строительные растворы
Строительными растворами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате укладки и твердения правильно подобранных смесей из неорганических вяжущих веществ, мелкого заполнителя – песка и воды. Часто наряду с указанными основными компонентами вводят специальные добавки, например, повышающие пластичность смеси или замедляющие ее схватывание, либо ускоряющие твердение.
Такие смеси до затвердевания, т.е. пока они еще находятся в пластично – вязком состоянии, называют растворными смесями.
По составу растворы отличаются от бетонов только меньшей крупностью заполнителя, т.е. в сущности, это мелкозернистые бетоны. Поэтому общие закономерности, характерные для бетонов, в принципе применимы и к растворам. В частности, прочность растворов зависит от марки вяжущего и величины отношения.
При использовании растворов надо учитывать две особенности:
Вследствие этих особенностей раствор в тонком слое сразу после укладки подвергается действию факторов, которые могут значительно изменить его состав ( в результате отсоса воды) и повлиять на конечные свойства.
Строительные растворы в зависимости от назначения бывают кладочные, отделочные и специальные. Кладочные растворы применяют для скрепления элементов при кладке фундаментов, столбов, стен, сводов из кирпича или природного камня, а также для монтажа крупноблочных и крупнопанельных элементов. Отделочные растворы служат для оштукатуривания поверхностей конструкций, устройства выравнивающих слоев, декоративной отделки лицевых поверхностей стеновых панелей и блоков, фасадов и интерьеров зданий.
Специальные растворы – инъекционные жаростойкие, кислотостойкие, рентгенозащитные, акустические – применяют в случаях, когда к конструкциям предъявляются особые требования.
По виду заполнителя растворы подразделяют на тяжелые ( средняя плотность более 1500 кг/м3) и легкие ( средняя плотность менее 1500 кг/м3).
Отличаются они по средней плотности затвердевшего раствора в сухом состоянии, которая в основном зависит от средней плотности заполнителя.
По виду вяжущего они подразделяются на цементные, известковые и смешанные растворы. Вяжущее назначается в зависимости от конкретных условий эксплуатации.
Строительные растворы изготавливают, как правило, централизованно на автоматизированных растворных заводах или на строительных базах, доставляют на объекты в виде пластических смесей, готовых к употреблению. При значительном удалении строительного объекта от завода рекомендуется изготовлять сухие растворные смеси, которые затворяют водой и перемешивают на месте производства работ. Влажность сухих смесей должна быть не более1% по массе. Их поставляют в упаковке, исключающей возможность увлажнения. В настоящее время сухие смеси получили широкое распространение, особенно для приготовления растворов, используемых для отделки фасадов и интерьеров зданий. В связи с тем, что в заводских условиях обеспечивается более тщательная подготовка и дозировка компонентов раствора и, следовательно, получение готового раствора высокого качества с заданными свойствами, применение сухих смесей в перспективе будет увеличиваться.
Растворы специального назначения обязательно должны изготавливаться в виде готовых смесей на заводах.
Основные свойства растворов
Свойства растворов, как и бетонов, зависят от состава, условий укладки и срока твердения.
Свойства свежезатворенного раствора ( растворной смеси) в первую очередь определяются его удобоукладываемостью, т.е. способностью раствора укладываться на основание ( например, кирпич) тонким равномерным слоем. Укладываемый («мягкий») раствор хорошо заполняет все неровности основания и равномерно сцепляется со всей его поверхностью. Неудобоукладываемый («жесткий») раствор соприкасается с основанием лишь на отдельных участках, давая плохое сцепление и слой неодинаковой плотности.
Удобоукладываемость раствора зависит:
- от степени подвижности свежеуложенного раствора;
- от водоудерживающей его способности, предохраняющей раствор от расслоения ( в частности, от быстрого отделения воды и оседания песка).
Водоудерживающая способность отражает свойство растворной смеси удерживать в своем составе достаточное для твердения вяжущего количество воды в условиях интенсивного ее отсоса пористым основанием.
Растворы с недостаточной водоудерживающей способностью, как правило, склонны к расслоению. Это выражается в отделении воды и оседании наиболее тяжелого компонента – песка. Расслоение нарушает однородность смеси и, следовательно, понижает прочность раствора. Смеси, расслоившиеся при перевозке, необходимо перемешивать на месте производства работ.
Важнейшими свойствами затвердевшего раствора являются:
- способность приобретать требуемую прочность при сжатии ( марка раствора) к заданному сроку твердения;
- хорошее сцепление раствора с основанием;
- малая величина и равномерность деформаций затвердевшего раствора под действием нагрузки, изменений объема в процессе твердения, изменений температуры и влажности среды, окружающей затвердевший раствор.
Необходимая удобоукладываемость и, соответственно, получение заданных характеристик затвердевшего раствора достигается при правильном выборе соотношения между составляющими строительного раствора и надлежащим зерновом составе песка.
Прочность растворов, уложенных на плотное основание зависит от тех же факторов, что и бетонов, т.е. от водоцементного отношения, качества заполнителя и пр.
Растворы, уложенные на пористое основание, всасывающие воду ( например, на сухой кирпич), сравнительно быстро теряют воду затворения. Вследствие этого пористость раствора уменьшается, а прочность его возрастает до тех пор, пока не произойдет чрезмерное обезвоживание раствора. Если основание отсасывает умеренное количество воды, то частицы раствора сближаются, объем раствора уменьшается, а плотность и, следовательно, его прочность и морозостойкость повышаются. Чрезмерное обезвоживание приводит к значительной потере прочности (из-за недостатка воды для твердения цемента). Это может произойти при нарушении оптимального соотношения между цементом, добавкой и песком, а также высокой пористости и повышенной температуры основания и окружающей среды в момент укладки раствора.
Предел прочности растворов при сжатии, предназначенных для укладки на пористое основание, определяют на образцах с длиной ребра 7,07см или балочках размерами 4*4*16 см, изготовленных в формах, не имеющих дна. Их устанавливают на водоотсасывающее основание – кирпич. Водопоглощение кирприча должно быть 10-15% по массе, а влажность не более 2%. Условия хранения до момента испытания (обычно 28 суток) должны соответствовать будущим условиям эксплуатации раствора.
По пределу прочности при сжатии строительные растворы имеют следующие марки (МПа): М0,4, М1,0,М2,5,М5,0,М7,5,М10,0,М15,0 и М20,0. Растворы марок М0,4 и М1,0 изготовляют преимущественно из извести или местных вяжущих (известково- шлакового или известково-пуццоланового цементов).
Морозостойкость растворов зависит от тех же факторов, что и морозостойкость бетонов, т.е. от свойств исходных материалов, рационального соотношения между ними, расхода воды и условий твердения. Важным условием, обеспечивающим необходимую морозостойкость, является количество воды затворения. Вода как компонент растворнрй смеси обеспечивает протекание химической реакции с цементом (полезная вода), вода как пластификатор полезна только в период приготовления и укладки раствора. В связи с этим расход воды в таких случаях должен быть оптимальным, а его миниминизация может быть обеспечена введением пластифицирующих добавок ( например,ЛСТ) и особенно микровоздухововлекающих ( например, мылонафта).
Применение растворов различных видов
Растворы в зависимости от вида вяжущего и заполнителя обладают различными свойствами и, в связи с этим, могут быть использованы как для соединения элементов кладки, так и для получения обрабатываемой поверхности с определенными свойствами.
Растворы для каменной кладки т монтажа стен панелей и крупных блоков. Вид и состав растворов зависят от расчетных напряжений и условий эксплуатации. Состав растворов обычно назначают, мспользуя готовые таблицы, и корректируют их по результатам испытаний в строительной лаборатории.
Кладку надземных конструкций, работающих при небольших напряжениях, следует выполнять из растворов, содержащих дешевые местные вяжущие вещества: известь, известково- шлаковое, известково- пуццолановое вяжущее. При кладке фундаментов в агрессивных условиях применяют сульфатостойкий портландцемент. Для монтажа блочных и крупнопанельных стен- портландцемент, шлакопортландцемент, а также портландцементы с органическими добавками. Кладку подземных конструкций обычно выполняют на цементно- песчаных растворах без добавок глины или извести. Выбор подвижности растворных смесей зависит от вида элементов кладки, их пористости.
При кладке растворов зимой скорость твердения сильно замедляется, поэтому используют раствор, имеющий марку на одну- две ступени выше, чем летом.
Отделочные растворы делят на штукатурные и декоративные. Применение этих растворов в построечных условиях ( при оштукатуривании мокрым способом) допускается в виде исключения. Известковые растворы хорошо сцепляются с основанием и относительно мало изменяются в объеме при колебаниях температуры и влажности окружающей среды. Эти растворы рекомендуется применять для оштукатуривания внутренних стен, перегородок, перекрытий в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 60%, а также наружных стен, не подвергающихся систематическому увлажнению. Известковые растворы медленно твердеют и долго просыхают.
Цементно- известковые и цементные растворы используют для получения прочных, быстротвердеющих и водостойких штукатурок. Их применяют для оштукатуривания цоколей, карнизов, парапетов, наружных стен и других конструкций, систематически увлажняющихся при эксплуатации.
Известково- гипсовые растворы применяют для оштукатуривания внутренних деревянных и каменных стен, а также наружных стен в районах с устойчивым сухим климатом. Такие растворы очень быстро твердеют и имеют большую прочность с основанием, особенно с деревянным.
Декоративные растворы и составы предназначены для придания определенных архитектурно- художественных качеств фасадам и интерьерам зданий. В зависимости от вида отделки применяют известково-песчаные, цементно- песчаные и др., а также декоративные полимер-цементные составы. Кроме прочности на сжатие и сцепления с основанием эти растворы должны в течение всего периода эксплуатации сохранять первоначальный цвет, текстуру и другие качества независимо от воздействия внешней среды. Поэтому к таким растворам предъявляются повышенные требования по морозо-, свето- и водостойкости.
Гидроизоляционные растворы используют для гидроизоляционных слоев, стяжек, штукатурок. Их изготавливают из различного вида портландцемента, а также сульфатостойкого и расширяющегося.
Звукоизоляционные ( акустические) растворы предназначены для штукатурки, обеспечивающей снижение шума в помещениях. Их изготавливают на обычных цементах, извести, гипсовых вяжущих. Заполнителем служит пористый песок из перлита, керамзита, пемзы и пр., что обеспечивает таким растворам открытую незамкнутую пористость и низкую среднюю плотность (600- 1200 кг/м3).
Сухие строительные смеси
В отличие от товарных смесей , которые поставляются на строительную площадку в готовом виде, сухие смеси для придания им товарного состояния требуют затворения их водой в соответствии с условиями применения и назначения. Обычно рекомендации по их использованию прилагаются производителем вместе с сертификатом на отпускаемую продукцию.
Широкое применение сухих строительных смесей в практике строительства обусловлено:
-стабильностью состава, которая обеспечивается в заводских условиях четким выполнением технологического регламента с использованием средств автоматического контроля;
-возможностью длительного хранения и транспортирования, в том числе и при отрицательных температурах;
-широкий гаммой свойств используемых растворных смесей (нерасслаиваемость, водоудерживающая способность) и затвердевшего раствора ( лучшее сцепление с основанием, регулируемая прочность покрытия) за счет оптимизации составных компонентов, использования различных добавок и пр., что не всегда можно осуществить в построечных условиях;
-исключаются потери растворной смеси, которые зачастую наблюдаются при использовании товарных смесей, доставляемых на строительные объекты в избыточном количестве;
-повышение производительности труда за счет меньшей трудоемкости и повышения качества выполняемых работ.
Сухие строительные смеси имеют более широкий диапазон применения, чем обычные строительные растворы. Они используются как кладочные ( для монтажа сборных элементов и кладки кирпича и блоков и пр.), так и штукатурные растворы ( для выравнивания поверхностей, придания им специальных свойств, например, гидро- и теплоизоляционных, декоративной отделки и пр.), а также для выполнения различных ремонтных и подготовительных работ ( грунтовка, затирка, шпатлевка поверхностей и пр.).
Основными компонентами сухих смесей является следующие:
Вяжущие – портландцемент обычный, белый и цветной, известь – пушенка, строительный гипс.
Наполнители – кварцевый песок или полиминеральный песок (без органических или других примесей), определенного зернового состава тонкоизмельченный известняк, мрамор, мел, трепел, диатомит, техногенные отходы: зола уноса, основные шлаки и пр. Для крупнозернистых максимальная крупность должна быть не более 2,5 мм, а для тонкозернистых – 0,315 мм.
В качестве добавок, выполняющих стабилизирующую роль (повышение водоудерживающей способности, связности, уменьшение седиментационных явлений), применяют карбоксиметилцеллюлозу (КМЦ), метилгидроксиэтилцеллюлозу, метилцеллюлозу и пр., которые дозируются обычно в виде дисперсных порошков или гранул в количестве 0,1 – 1 % от массы сухой смеси.
Диспергируемые полимерные порошки (ДПП) получают распыление и сушкой латексных эмульсий. По своей химической природе они могут быть стеролбутадиеновые, винилацетатэтиленовые, венилацетататакриловые и пр.. Такие добавки улучшают подвижность и водоудерживающую способность, прилипаемость к обрабатываемым поверхностям. Их дозировки обычно составляет до 3% от массы всех составляющих.
В зависимости от назначения сухих смесей в их состав могут вводить разнообразные добавки (пластифицирующие, ускорители, порообразователи), которые в настоящее время широко применяются в производстве бетонов и растворов.
ПЦ+В+З+Д
Б
У
У
У
Т
БС
~
Компоненты бетонной смеси. Компоненты взяты в рациональном соотношении, это состав бетонной смеси.
Дозирование компонентов – это одна из операций приготовления бетонной смеси.
Перемешивание бетонной смеси. По окончании перемешивания получаем бетонную смесь.
Бетонная смесь.
Бетонная смесь транспортируется на место укладки.
Далее бетонная смесь укладывается (укладка). Бетонная смесь укладывается в форму (предприятия железно бетонных изделий), опалубку (на строй объектах).
Далее уплотнение бетонной смеси. По окончании бетонная смесь становится свежеуплотненным бетоном (затем идет процесс твердения до конца жизни бетона)
Уход за свежеуплотненным бетоном
Готовый продукт - БЕТОН
3
2
1
τ
exp
sh
Усадка Расширение
F
A
σ
Ri
N
B
R
R
R =
N
∑ Ri
n
i=1
S =
(Ri - R)2
∑
n
i=1
N - 1
V=
S
R
B = R *(1 – t*V)
Rb
N
R
R
~ 10 МПа
Прочность испытания образцов - цилиндров
Соответствует российскому классу прочности – прочность испытания образцов - кубов.
V=
S
R
R
V
S=VR≈const для бетонов В≥25, где
S - СКО (дисперсия)
P
R
ρ = 3,15 г/ см3
ц
ист
ц
V = 1/3,15=0,317 см3
воды
V = 0,25/1=0,25 см3
воды
V =0,40 см3
ц
V = 1/3,15=0,317 см3
ц
V = 1,25/2,443=0,512 см3
P
В/Ц
0,205
0,055
0,25
0,4
R
R
R1
R2
R1
R2
P
В/Ц
P1
P2
0,25
0,4
R=
K*Rц
(В/Ц)1,5
R
В/Ц
R
Ц/В
-0,5
0,5
[ц/в]
1
2
R = aRц (Ц/В - b), Ц/В < [Ц/В]
R = a1Rц (Ц/В + b), Ц/В > [Ц/В]
а1= 0,43 высокого качества заполнители
0,40 среднего качества заполнители
0,37 низкого качества заполнители
(C+V+e)2
K*Rц*C2
R=
ρц
Ц
C=
V=B
e=3b
C-объем цемента
V-объем воды
е-объем зацементированного воздуха
В/Ц
R
Ц/В = R/(а*Rц) + 0,5
R=Kт*Кмп*В
Кт; Кмп = f(v), V-коэффициент вариации
R= (B/1-1,645*V) *1,1 где v=0,09
1,33 < Ц/В < 2,5
[Ц/В]1 [Ц/В]2
Ц/В = (R/a1*Rц)-0,5
(Ц/В)тво=
Rb,тво + 8
0,23 * Rц,тво + 10
85 °С
20 °С
Ʈ
2 3 6 2
Ц/В (Ц/В) тво
max
B=f*(O.K; Г; Дмах; Мк; НГ; Т)
1 2 3 4 5 6
Вода < 200 л/м3
Воздух ≥ 0,25 воды
Ц=(Ц/В)*В [кг/см3]
Ц > Ц min
Ц < Ц mах
Щ(Г)= , кг/м3
1000
α*Vпщ + 1
ρщ,н ρщ,к
Vп,щ = 1 – (ρщ,н / ρщ,к), [ρщ,н], [ρщ,к], т/м3
φ = Щ(Г)/ρщ,к
П=(1000-(Ц/ρц + Щ/ρщ,к + B/ρв)) * ρn
Ц/ρц + В > αп*Vпп* П/ρп,н
ρбс = Ц + В + Щ + П = 2340 … 2480
ВВ = 1000 – Ц/ρц – В/ρв – Щ/ρщ – П/ρп = 0
W = (mw - mc)
mc
*100%
mw = mc (1 + W/100)
β=
1000
Ц + Щ + П
ρц,н ρщ,н ρп,н
R2
R0
R3
R
R=A(Ц/В-bср) - закон
Ц/В
(Ц/В)ф,3.
(Ц/В)ф,0.
(Ц/В)ф,2.
(Ц/В)т.
Ri
(Ц/В)i -bф
А =
Ц1,м3 = 1000* Цз/Vз = 1000 * Цз/mз * ρБС,ф
Ri
150
1
R150
a
Куб
а
а
а
Fтр Fтр
Н
а
а
Призма
Цилиндр
Н
d
Н/а
Rк
Rрч
4
2
Fтр Fтр
куб
призма
Rd
Rη
[R0]
[dσ/dτ]= 0,2 … 0,8 МПа/с; τ≥30 с.
[dσ/dτ]
τ
R
[28]
R28
истина
2 формула
1 формула
Rτ = R28 * (lgτ/lg28), τ≥3
Rτ = R28 * ехр (К* (1- 28/τ ))
τ
Н.У.
~40°С
ТВО (~80 °С)
R
[R28]
[R28]
R
[28]
До 50%
Н.У.
τ
t > 0°C
t > 0°C
t< 0°C
БСГ В20 П1 F100 W4 Д2400 ГОСТ 7473
1 2 3 4 5 6 7
200
[28]
До 20%
[R28]
R
Н.У.
τ
300
100
.К.
Д
Д
О.К.
28
27
26
55 66 76
Штатив
Цилиндр
Диск (d≈206 мм)
10 мин
Сохраняемость
τ
О.К.
9
5
Н2О
5 мм
5 мм
Н2О
О.К.
ЗВ (защемленный воздух)
0
В
Ц
ЗВ
МЗ
КЗ
Ку= ρбс,ф,у/ρбс,т
П0 = (B-α*n*Ц)/10, (%)
П0=(В-α*n*Ц)/10 = Ц * (В/Ц-α*n)/10
Пк=(В-2*α*n*Ц)/10 = Ц * (В/Ц-α*n)/10
Пк = (B-2*α*n*Ц)/10, (%)
Rt= B/(1-t*V), при V=0,16
800 мм
400 мм
200 мм
Rt=F/A – предел прочности при растяжении
Rt
R
Rt = a * Rx
a ~0,29
Х = 0,6
Rt = a * R2/3 – формула Фере
а = 0,5 , [кг/см3]
2 1
R
Rf
Rf = b * Rx
Х=0,6
Rf = k * Rt
B = a * k
F/2
F/2
а а а
Rf = a * Rц,f * (Ц/В - b)
F
F
Стержни
F
F
Rtt=2/π * F/а2
Rtt=2/π * F/d*l
Rt = 0,928*Rtt
Rсut = 0,5 R*Rt
Rt0r=0,1*R
а
F
F
l0
∆ a1
∆ a2
εп
ε
ε
ε
0
σ
σ
α
ε = εеl + εpl; εel = σ / Е0; σ >0,3*R
ε
ER
R
εpl
εel
λеl=εеl / ε
λpl = εpl / ε В сумме: λеl + λpl = 1
Ed = f (ρ,μ,v)
εR = R/E0*λR
K = 1 / λR
σ (ε/εR)2 – (ε/εR)* k
R 1 + (k – 2) * ε/εR
E0 = K1 * K2 * K3 * 0,05 Rрr + 57 [ГПа]
1 + 29/3,8*Rрr
Rрr
Е0
Е заполнителя
К1
1,2
0,7
Ез : 45 ГПа – 120 ГПа
К1 : 0,7 – 1,2
φ
К2
1,1
0,9
φ = Щ/ρщ,к
при φ=0,5 → К≈1,1
при φ=0,39 → К≈0,9
λR = 1/ 0,058 * (R / E0)0,5, где λR = 0,35 …0,7
εR = 0,058 * (R/E0)0,5
ER
R
R
λR
130*10-5
320*10-5
Е0t = E0
Еt
σt
ЕRt
ERt = 1,3*Rt/E0t – предельная растяжимость бетона
ERt = 8 … 15*10-5
τ
τ0
σ0
σ
τ
τ0
Е0
Е
3 2 1
Деформация ползучести
ε
ε
ε1
ε0
σ
σ1
σ0
εсr1
Упругая деформация
φ = Есч/Ееl = Еcч / Е0
R
φ
~B80
~B15
~1
~4
С0 = Есr / σ0 [1/МПа]
~20
~5
~B15
~B80
С0
R
10-5
φ = С0*Е0
R
C0
C0 = 322/R1,04 * 10-5
φ,%
К – ползучесть
100
40
1
~2
τ
φ
[φ]
τ
Еsh
I II III
4-6 мм 0,3-0,6 мм 0,15-0,3 мм
А
τ
τ
А τ0
Еsh
«0»
∆l = l – l0
Esh = ∆l/l0
l0
l
τ
φ1
φ2
Esh
Esh = Esh,120 *(alh*τ+b)
0 φ~30% φ~40% φ~70% 100%
~0,5
1
W
Esh
Esh,max
Esh,Б = f (Esh,з)* f (В/Ц) * (1-V3)x * Esh,цк
Esh,Б=(0,1 … 0,3) * Esh,цк
В/Ц
1
2
f(В/Ц)
τ
Ew
αБ= αцк*Vцк + αзVз
Vцк+Vз
Т, °С
20 50 70
~200-300°С
α0
~ -32
~ -2-7
-
+
W = 0
устье
0 0
grad ∆T
τ
Kτ
Пк = В - 2αn * Ц = Ц * (Ц/В - 2αn)
10 10
L = 0,25 мм
F = [ F ]
1 – t VF
σt/Rt
F/F0
σ
F0
0,25-0,35
0,4…0,5
~1,3
В/Ц
F
τ
∆Т<35°C
85
70
20
T, °С
2 5
0
ТВО
F = aRц * (Ц/В - b)
L = H/b; L = 5 – 40; W = f(L)
L
W
b
H
σt/Rt
H2O
Мокрое пятно
90мм
бетон
W
Пк
В/Ц
W
F
R
Wσ/W0
σ/R
W0
~1,3W0
0,25-0,35
0,4- 0,5
σ
R
%, Ca(OH)2
Идет в коррозию 3типа
Малорастворимый осадок, не обладающий вяжущими свойствами
H2O
эттрингит
гидроалюминаты Ca
Аморфный кремнезем
H2O + соль
свая
соль
H2O