Прочность бетона при сжатии

В рабочих чертежах конструкций или в стандартах на изделия обычно указывают требования к прочности бетона, его класс или марку.

Для конструкций, которые проектируют с учетом требований прочность бетона на сжатие характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной

прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. Бетоны подразделяют на классы; В1; Bl,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; BIO; В12.5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40; В50; В55; В60.

В настоящее время происходит переход в нормативных документах от марки к классу бетона, однако для некоторых специальных конструкций и в ряде действующих нормативов применяется марка бетона. Поэтому далее используются понятия как о классе, так и о марке бетона. Средняя прочность или марка тяжелого бетона определяется пределом прочности (МПа) при сжатии стандартных бетонных кубов 15x15x15 см, изготовленных из рабочей бетонной смеси в металлических формах и испытанных в возрасте 28 сут после твердения в нормальных условиях (температура 15... 20 °С, относительная влажность окружающего воздуха 90... 100 %) В строительстве используют следующие марки: М50, М75, Ml00; Ml50, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М600 и выше (через М100). На производстве необходимо обеспечить среднюю прочность или заданную марку бетона. Превышение заданной прочности допускается не более чем на 15%, так как это ведет к перерасходу цемента.

Кубы размером 15x15x15 см применяют в том случае, когда наибольшая крупность зерен заполнителя 40 мм. При другой крупности заполнителя можно использовать кубы иных размеров, однако размер ребра контрольного бетонного образца должен быть примерно в три раза больше максимальной крупности зерен заполнителя. Для определения марки бетона на кубах с другими размерами вводят следующие переходные коэффициенты, на которые умножают полученную в опытах прочность бетона.

На практике наблюдаются значительные отклонения от приведенных выше коэффициентов, так как их значение зависит от жесткости опорных плит пресса, марки бетона и других факторов. Для получения более достоверных результатов необходимо, чтобы толщина опорных плит пресса была не менее половины величины испытываемого куба. В этом случае действительные переходные коэффициенты могут оказания выше ре. лендованныч и проектирование бетона с использованием последних повышает запас прочности конструкции

Для правильного определения состава бетона важно знать, как зависит его прочность от качества цемента и заполнителей, соотношения межзу составляющими и прочих факторов. Прочность бетона в определенный срок при твердении в нормальных условиях зависит главным образом от прочности цемента и водоиементною отношения.

Под водоцементным отношением понимают отношение массы воды к массе цемента в свежеизготовленний бетонной смеси, причем учитывают только свободную, не поглощенную заполнителем воду Прочность батона повышается с увеличением прочности цемента или уменьшением водоцементного отношения.

Зависимость прочности бетона от водоцементного отношении вытекает из физической сущности формирования структуры бетона и графически изображается в виде гиперболических кривых. Как известно, цемент при твердении в зависимости от качества и срока твердения присоединяет всего 15. 25 % воды от массы цемента. Вместе с тем для придания бетонной смеси пластичности в бетон добавляют воды значительно больше (40 70 % от массы цемента, В/Ц = 0,4..0,7), так как при В/Ц = 0,2 бетонная смесь является почти сухой и ее нельзя качественно перемещать и уложить. Избыточная вода, не вступающая в химические реакции с цементом, остается в бетоне в виде водяных нор и капилляров или испаряется, оставляя воздушные поры В обоих случаях бетон будет ослаблен наличием пор, и чем больше их, т. е чем больше В/Ц, тем ниже прочность бетона. Таким образом, закон водоцементного отношения, по существу, выражает зависимость прочности бетона от его плотности или пористости.

Зависимость прочности бетона от его водоцементного отношения выполняется лишь в определенных пределах. При очень низких водоцементных отношениях, даже при повышенных расходах цемента и воды, не удается получить удобообрабатываемые бетонные смеси и необходимую плотность бетона, поэтому зависимость нарушается: с дальнейшим уменьшением В/Ц прочность бетона не увеличивается, а затем даже начинает уменьшаться. Определенную роль в снижении прочности бетона в этом случае играет и тот факт, что для гидратации цемента необходим некоторый избыток воды (в 2... 3 раза) по сравнению с тем количеством, которое непосредственно вступает во взаимодействие с цементом. Резкое уменьшение этого избытка влечет за собой замедление гидратации и, следовательно, понижение прочности бетона.

Зависимость прочности от водоцементного отношения строго соблюдается лишь при испытании бетона на одинаковых материалах с близкой подвижностью бетонной смеси и при применении одинаковых приемов приготовлении и укладки бетона. На прочность бетона, хотя и менее существенное, чем Яц и В/Ц, но заметное влияние оказывают вид цемента, свойства заполнителей, способы приготовления образцов и другие факторы.

Таким образом, в действительности имеется не одна строгая кривая, выражающая зависимость Rc=f(В/Ц), а некоторая полоса, на которой укладывается большинство опытных результатов с учетом возможных колебаний прочности бетона, вызванных влиянием других факторов. Однако для облегчения расчетов часто используют средние кривые для зависимости Re от В/Ц или выражающие их формулы. В формулах прочности бетона влияние качества цемента, заполнителей и других факторов обычно учитывают применением эмпирических коэффициентов.

На практике могут наблюдаться заметные отклонения прочности бетона от значений, определенных по той или иной средней кривой или формуле В отдельных случаях действительная прочность может отличаться от расчетной в 1,3... 1,5 раза. Поэтому при проектировании состава бетона полученный расчетом состав бетона принято проверять в контрольных замесах

С развитием типологии бетона факторов, влияющих на прочность бетона, становится все больше, так как расширяется ассоргимеы цементов, заполнителей, возникают новые технологические приемы приготовления, укладки и выдерживания бетонной смеси, поэтому особое значение приобретают предварительные испытания бетона на материалах, предназначенных к приме нению в соответствии с намечающейся технологией. Испытания обязательны также при большом объеме работ, так как они дают возможность получить более надежную зависимость прочности бетона от водоцементного отношения и других факторов, которой и еле дует пользоваться в дальнейшем. Если предварительные испытания не проводились, то эту зависимость можно уточнить в процессе производства при контрольных испытаниях бетона

В практике строительства материалы и технология, применяемые на данном объекте или заводе, как правило, не меняются в процессе производства и главным фактором, позволяющим иолу чать бетоны разной причности, является водоцементное отношение Это еше раз подчеркивает важное значение закона водоцементного отношения для технологии бетона.

Для определения состава бетона более удобна не зависимость его прочности от водоцементного отношения, а обратная зависимость прочности от цементно-водного отношения. При изменениях цементно-водных отношений от 1,3 до 2,5 эта зависимость является прямолинейной и может быть выражена формулой

Зависимости справедливы топью для плотно уложенного бетона, получающегося при применении подвижной бетонной смеси. Жесткие бетонные смеси требуют для тщательного уплотнения особых приемов (длительного вибрирования, сильного трамбования, прокатки или прессования)

Действительная прочность бетона может быть определена толь ко испытанием контрольных образцов, твердеющих в условиях, аналогичных условиям твердения бетонных сооружений, или испытанием бетона в самом сооружении.