Прочность бетона

Прочность бетона при сжатии зависит от водоцементного отношения(В/Ц), активности цемента условий твердения, степени уплотнения бетонной смеси и качества заполнителей.
В конструкциях зданий и сооружений бетон может находиться в различных условиях работы, испытывая сжатие, растяжение, изгиб, скалывание. Прочность бетона при сжатии зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения. Основными факторами при этом оказываются активность цемента и водо-цементное отношение.

Прочность бетона при сжатии зависит от водо-цементного отношения(В/Ц), активности цемента условий твердения, степени уплотнения бетонной смеси и качества заполнителей. Основными факторами при этом оказываются активность цемента и водо-цементное отношение. Цементы высокой активности дают более прочные бетоны, однако при одной и той же активности цемента можно получить бетон различной прочности и зависимости от изменения количества воды в бетонной смеси.

Читай также состав бетонной смеси

Зависимость эта была установлена в 1895 г. проф. И.Г.Малюгой. Для получения удобоукладываемой бетонной смеси отношение воды к цементу обычно принимают В/Ц=0,4…0,7, в то время как для химического взаимодействия цемента требуется не более 20% воды от массы цемента. Избыточная вода не вступившая в химическое взаимодействие с цементом, испаряется из бетона, при этом образует в бетоне поры, которые ведут к снижению плотности и прочности бетона.

Читай также неразрушающие методы контроля прочности бетона

Рисунок-1. График зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения.

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходя из этого, прочность бетона можно повысить путем уменьшения водо-цементного отношения и усиленного уплотнения. Всесторонние исследования советских ученых (Н.М. Беляева, Б.Г. Скрамтаева и других) расширили и уточнили выводы И.Г. Малюги о влиянии различных факторов на свойства бетона и установили зависимости, графически изображенные на рисунке -1 или представленные в виде следующих формул:

при В/Ц>0,4 (Ц /В≤2,5) Rb = ARц (Ц /В-0,5);

при В/Ц< 0,4 (Ц /В>2,5) Rb = A1Rц (Ц /В+0,5);

где Rb-предел прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток нормального твердения,Па; Rц-активность цемента; Ц /В-цементно-водное отношение-отношение массы цемента к массе воды в единице объема бетонной смеси за вычетом воды, поглощаемой заполнителями; А, А1-безразмерные коэффициенты, зависящие от свойств и качеств применяемых материалов ( смотри таблицу-1).

Таблица-1. Значения коэффициентов А и А1.

К высококачественным материалам относят гравий, щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок оптимальной крупности( заполнители должны быть чистые, промытые и фракционированные, а также с оптимальным зерновым составом смеси фракций) и портландцемент высокой активности без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки.

К рядовым материалам относятся заполнители среднего качества, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокомарочный шлакопортландцемент. Материал пониженного качества — крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, отвечающие пониженным требованиям, и цементы низкой активности.

Приведенные выше зависимости прочности бетона от различных факторов, выраженные в виде формул и графиков, позволяют определить ориентировочную прочность бетона в 28-суточном возрасте при известном водо-цементном отношении, марке цемента и виде заполнителя.
Наряду с активностью и качеством цемента, водо-цементным отношением и качеством заполнителей на прочность бетона в значительной степени влияют степень уплотнения бетонной смеси, продолжительность и условия твердения бетона.

Прочность заполнителей не оказывает значительного влияния на прочность бетона до тех пор, пока она больше проектируемой марки бетона. Применение низкопрочных заполнителей с прочностью ниже требуемой марки бетона может существенно снизить прочность последнего или потребует высокого расхода цемента.

Шероховатость поверхности заполнителей также оказывает влияние на прочность бетона. В отличие от гравия зерна щебня имеют развитую шероховатую поверхность, чем обеспечивается лучшее сцепление с цементным камнем, а бетон, приготовленный на щебне при прочих равных условиях, имеет большую прочность, чем бетон на гравии.

На скорость твердения бетона влияют минералогический состав цемента  и начальное количество воды в бетонной смеси. Последнее определяет подвижность (или жесткость) ее. Жесткие бетонные смеси (с низким содержанием воды) обеспечивают более быстрое твердение бетона, чем подвижные.
Прочность тяжелого бетона в благоприятных условиях температуры и влажности непрерывно повышается.

В первые 7… 14 сут прочность бетона растет быстро, затем к 28 сут рост прочности замедляется и постепенно затухает; во влажной теплой среде прочность бетона может нарастать несколько лет. При нормальных условиях хранения средняя прочность бетонных образцов в 7-суточном возрасте составляет 60…70% прочности 28 суточных образцов, в 3-х месячном возрасте — на 25%, а в 12 месячном — на 75% выше, чем у образцов в 28-суточном возрасте.
Прочность бетона со временем изменяется примерно по логарифмическому закону; исходя из этого при расчетах прочности бетона для разных сроков пользуются формулой: Rn=R28 lg n/lg 28; где Rn-прочность бетона в возрасте суток, Па; R28-прочность бетона в возрасте 28 суток,Па;Эта формула применима для ориентировочных расчетов прочности бетона на портландцементах средних марок в возрасте более 3 сут. Действительную прочность бетона в конструкции устанавливают только испытанием контрольных образцов, приготовленных из рабочей бетонной смеси.

Большое влияние на рост прочности бетона оказывает сред». Нормальными условиями твердения бетона считаются относительная влажность воздуха 90…100% и температура (20± 2) °С. Высокая влажность воздуха необходима, чтобы избежать испарения воды из бетона, что может привести к прекращению твердения. Твердение бетона ускоряется с повышением температуры и замедляется с ее понижением.

Качество бетона по прочности характеризуется его классом (маркой), который определяется величиной предела прочности при сжатии образцов-кубовс ребром 150 мм, изготовленных из рабочей бетонной смеси после твердения их в течение 28 сут в нормальных условиях (МПа). Тяжелые бетоны подразделяют на классы (марки) В7,5(100); В12,5(150); В15(200); В25(300); В30(400); В40(500); В45(600).

Превышение класса (марки) бетона от заданной проектной прочности свыше 15% не допускается, так как это влечет перерасход цемента. При испытании образцов в виде кубов размером 150×150×150 мм применяют щебень наибольшей крупности зерен 40 мм. Класс (марка) бетона определяется также по пределу прочности на растяжение при изгибе образцов-балочек.

Качество бетона нельзя достаточно полно оценить по его средней прочности или марке. На практике имеет место отклонение от этой величины. Колебания в активности цемента, свойства заполнителей, дозировка материалов и другие факторы приводят к неоднородности структуры и к колебанию свойств бетона.

Более полное представление о качестве бетона можно получить при одновременном учете средней прочности бетона и его однородности, которая определяется на основе статистического анализа коэффициентом вариации v прочности. Он равен отношению среднего квадратического отклонения отдельных результатов испытаний прочности бетона к его средней прочности. Коэффициент вариации прочности бетона колеблется от 0,05 до 0,2. При хорошо налаженной технологии на предприятиях значение V не превышает 10%.

При проведении статистического контроля качества бетона, где его прочность определяется большим количеством испытаний, расчет конструкций может проводиться не по средней, а по гарантированной прочности бетона. Для конструкций, проектируемых с учетом требований СТ СЭВ 1406—78 и СНиП 2.03.01—84, прочность бетона характеризуется классами. Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95.
При переходе от класса бетона В к средней прочности бетона(МПа), контролируемой на производстве для образцов с ребром 150 мм( при нормативном коэффициенте вариации 13,5%), можно применять формулу Rb ^ср=В/0,778.Для класса В10 средняя прочность бетона будет Rb ^ср=12,9МПа, для класса В50 Rb ^ср=64,3 МПа.