Физические свойства бетона и теплофизические свойства бетона

2. физические свойства бетона и теплофизические свойства бетона. Акустические свойства бетона.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

Прочность при сжатии является основным показателем механических свойств бетона. Она определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из данной бетонной смеси и выдержанных до испытания в течение 28 суток в нормальных условиях (при 1=15-20оС и относительной влажности воздуха не менее 90%). По пределу прочности при сжатии для тяжелых бетонов установлены следующие марки: М200, М250, МЗОО, М350, М400, М450, М500, М600, М700, М800.

При бетонировании ряда конструкций, например, бетонных дорожных покрытий, важно знать прочность бетона при изгибе. Для этого испытывают образцы-балки. Для обычных железобетонных конструкций широко применяют бетон марок М200 и М250, а для предварительно-напряженных железобетонных конструкций - МЗОО-М5ОО. Бетон марок М100 и М150 используют для оснований, фундаментов и других массивных монолитных конструкции.

Основные факторы, влияющие на прочность бетона - активность цемента и соотношение массы воды и цемента в составе бетонной смеси (водоцементное отношение В/Ц или обратное ему цементоводное отношение - Ц/В). Зависимость прочности обычного бетона от Ц/В и марки цемента в общем виде выражают формулой: Rб = А Rц (Ц/В - 0,5), где Rб - прочность бетона в возрасте 28 сут. при твердении в нормальных условиях, МПа; Rц - активность цемента, МПа; А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей и вяжущего (для высококачественных - 0,43, для рядовых - 0,4, для пониженного качества - 0,37). На прочность бетона определенное влияние оказывает зерновой состав заполнителей, правильность перемешивания его составляющих в бетоносмесителе, когда все зерна заполнителя полностью покрыты слоем цементного теста.

Значительное влияние на прочность бетона оказывают степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона. Хорошо уплотненный бетон в благоприятных температурных и влажностных условиях непрерывно набирает прочность в течение ряда лет. При этом в первые 7 -10 сут. прочность бетона растет довольно быстро, затем рост прочности к 28 сут. замедляется и, наконец, в возрасте свыше 1 года постепенно затухает. Например, бетонные образцы при хранении в нормальных условиях в 7-суточном возрасте имеют среднюю прочность, равную 60 - 70% 28-суточной (марочной) прочности, в возрасте 180 сут., 1 года и 2 лет их прочность соответственно составляет 150, 175 и 200 % марочной прочности.

Фактическую прочность бетона в конструкциях определяют испытанием контрольных образцов, изготовленных из той же бетонной смеси и твердеющих в условиях аналогичных условиям эксплуатации конструкций. Большое влияние на скорость нарастания прочности бетона оказывает температура окружающей среды. При 70 - 85оС в атмосфере насыщенного пара бетоны через 10 -12 ч набирают прочность 60 - 70% марочной. При низких положительных температурах (5 - 7оС) окружающего воздуха скорость нарастания прочности бетона замедляется, а при температуре ниже 0оС твердение бетона прекращается и возобновляется вновь при установлении в окружающей среде устойчивой положительной температуры.

Плотность. Обычный тяжелый бетон не является плотным материалом.

Имеющиеся в бетоне поры образовались вследствие испарения излишней воды, а также неполного удаления воздушных пузырьков при уплотнении бетонной смеси. Плотность бетона повышается при тщательном подборе зернового состава заполнителей, уменьшении водоцементного отношения и применении, пластификаторов, снижающих водопотребность смеси при той же подвижности, а также за счет тщательного уплотнения бетонной смеси. С возрастанием плотности бетона повышаются его свойства - прочность, водонепроницаемость, морозо- и коррозиестойкость и др.

Водонепроницаемость. Плотный бетон при толщине железобетонных конструкций более 200 мм, как правило, оказывается водонепроницаемым. Это свойство бетона характеризуется степенью водопроницаемости, т. е. величиной наименьшего давления воды, при котором она еще не просачивается через бетонный образец. По этому показателю бетоны разделяют на 12 марок: В2, В4, В6, В8, В10, В12, В14, В16, В18, В20, В25 и ВЗО, т. е. на бетоны, которые выдерживают давление соответственно не менее 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 и т. д. до 3 МПа. Для повышения водонепроницаемости бетона применяют специальные покрытия, например, пленки из пластмасс или уплотняющие добавки. Значительно возрастает водонепроницаемость бетона при применении расширяющихся цементов.

Морозостойкость. Тяжелые бетоны по степени морозостойкости делят на марки от Мрз 50 до Мрз 700. Морозостойкость бетона для жилых и промышленных зданий обычно характеризуется маркой Мрз 50. Высокой морозостойкостью обладают бетоны с плотной структурой на низкоалюминатном портландцементе и высококачественном гранитном щебне.

Усадка и расширение. При твердении на воздухе бетон (если он не на безусадочном или расширяющемся цементах) дает усадку, а при твердении во влажных условиях он может незначительно разбухать. Величина усадки тяжелого бетона обычно около 0,15 мм на 1 м длины бетонного сооружения, что может повлечь за собой образование трещин в массивных и большеразмерных конструкциях. Для уменьшения усадки бетона следует избегать применения бетонов с большим расходом цемента, при этом необходимо использовать крупные заполнители хорошего зернового состава и обеспечивать влажный режим твердения бетона. При бетонировании массивных конструкций в первый период твердения бетона возможно его расширение от нагревания теплотой, выделяющейся при взаимодействии цемента с водой. С целью уменьшить тепловыделение бетона необходимо применять цементы с малой экзотермией, а также устраивать температурные швы.

Коррозиестойкость. Коррозия бетона происходит в результате разрушения цементного камня и обычно сопровождается понижением прочности и водонепроницаемости, а также ухудшением его сцепления с арматурой. Меры предотвращения: увеличение плотности бетона, применение специальных цементов (пуццоланового, кислотостойкого, глиноземистого), а также облицовка плотными керамическими плитками, обработка специальными веществами (жидким стеклом с кремнефтористым натрием), покрытие гидроизоляционными битуминозными и пленкообразующими полимерными материалами.

Огнестойкость. Бетон является огнестойким материалом. Однако продолжительное воздействие температур в интервале 160 - 200оС снижает прочность бетона на 25 - 30 %. При нагревании свыше 500оС бетон разрушается. Конструкции, подвергающиеся воздействию температур более 200оС, следует защищать теплоизоляционными материалами или выполнять их из жаростойкого бетона.

Теплопроводность — наиболее важная теплофизическая характеристика бетона, в особенности применяемого в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность тяжелого бетона в воздушно-сухом состоянии около 1,2 Вт/(м.°С), т. е. она в 2 — 4 раза больше, чем у легких бетонов (на пористых заполнителях и ячеистых). Высокая теплопроводность является недостатком тяжелого бетона. Панели наружных стен из тяжелого бетона изготовляют с внутренним слоемутеплителя

Теплоемкость тяжелого бетона изменяется в узких пределах — 0,75 — 0,92 Вт/(кг-°С).

Коэффициент линейного температурного расширения бетона составляет около 10-Ю-6 °С-1, следовательно, при увеличении температуры на 50° расширение достигает примерно 0,5 мм/м. Во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурно-усадочными швами.

Крупный заполнитель и раствор, составляющие бетон, имеют различный коэффициент температурного расширения и будут по-разному деформироваться при изменении температуры.

Большие колебания температуры (более 80°) могут вызвать внутреннее растрескивание бетона вследствие различного теплового расширения крупного заполнителя и раствора. Характерные трещины распространяются по поверхности заполнителя, некоторые из них образуются в растворе, а иногда и в слабых зернах заполнителя. Внутреннее растрескивание можно предотвратить, если позаботиться о подборе составляющих бетона с близкими коэффициентами температурного расширения.

Кривая 2 температурных деформаций замерзающего влажного образца имеет аномальный характер. Давление воды, замерзающей при — 7,5°С в крупных капиллярных порах, вызывает удлинение образца, равное отрезку ВС. Второй максимум на кривой 2 (точки Е) вызван замерзанием воды в более мелких порах при сильном морозе (— 47°С). Удлинение свидетельствует о том, что фазовый переход воды вызывает растягивающие напряжения в бетоне. Уменьшение объема капиллярных пор позволяет снизить эти деформации и повысить морозостойкость бетона.