4 Основные свойства проектируемого бетона

Основными характеристиками, определяющими качество бетонов для дорожных покрытий являются прочность и морозостойкость.

1. Прочность. В бетонных покрытиях дорог и аэродромов основными расчетными напряжениями являются напряжения от изгиба. Так как покрытие работает на изгиб, как плита на упругом основании. Требования по проектной прочности бетона представлены в таблице 12.

Таблица12. Требования к прочности бетона для дорожных покрытий
Назначение бетона	Заданная	прочность, МПа
	при изгибе		при сжатии
Для однослойных и верхнего слоя	4,0; 4,5; 5,0; 5,5		30; 35; 40; 50
двухслойных покрытии
Для нижнего слоя двухслойных покрытий	3,5; 4,0; 4,5		25; 30; 35
Для оснований усовершенствованных	2,0; 2,5; 3,0		10; 15;20; 25
капитальных покрытии	3,5

То есть, совокупная характеристика по прочности у бетонов дорожных покрытий складывается из характеристик прочности при сжатии и при изгибе.

На показатели прочности оказывает влияние ряд факторов. Важнейшим из них является водоцементное отношение В/Ц. Опыты подтвердили, что при значении В/Ц=0,4 ... 0,7 существует прямолинейная зависимость между прочностью бетона, активностью це­мента и цементно-водным отношением. При Ц/В> 2,5(В/Ц<0,4), прямолинейная зависимость нарушается.

Таким образом, зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения и активности цемента не может быть выражена одной формулой. Строго говоря, эта зависимость вовсе не прямолинейная, а представля­ет собой довольно сложную кривую (рисунок 5). Однако для практических целей эту кривую можно заменить двумя прямыми и для расчета состава бе­тона использовать две эмпирические формулы:

Рисунок 5. Зависимость прочности бетона от Ц/В

для бетонов с В/Ц ≥0,4 (Ц/В ≤2,5): R_б = АR_ц /(Ц/В – 0,5)

для бетонов с В/Ц≤0,4 (Ц/В≥2,5): R_б = АR_ц /(Ц/В + 0,5).

Значения коэффициентов А принимаются в зависимости от качества материалов, применяемых при приготовлении бетона.

Для дорожных и аэродромных однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий водоцементное отношение в бетонной смеси должно быть не более 0,50, а для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,60.

Для тяжелых бетонов, применяемых в строительстве дорог и аэродромов, устанавливаются марки бетона по прочности на растяжение при изгибе.

Прочность бетона при изгибе в несколько раз меньше его прочности при сжатии. Марки бетона на растяжение при изгибе: М5, М10, М15, М20, М25, М30, М35, М40, М45, М50.

Прочность бетона при изгибе зависит от тех же факторов, что и проч­ность бетона при сжатии, однако количественные зависимости в этом слу­чае получаются другими. Соотношение R_сж/R_изг повышается с увеличением прочности бетона (рисунок 6). На практике обычно трудно достигнуть проч­ности бетона при изгибе более 6 МПа.

Рисунок 6. Зависимость прочности бетона Рисунок 7. Зависимость отношения R_р/R_сж от

от прочности при сжатии: 1 – при изгибе R_изг; возраста бетона

2 – при растяжении R_р

.

Более точная зависимость прочности бетона при изгибе от качества цемента получается, если в ней учитывается активность цемента на изгиб, которую определяют в соответствии с ГОСТ 310.4-81. В этом случае можно использовать в расчетах формулу

R_изг = А_nR_ц^`(Ц/В -0,2)

где R_изг - прочность бетона при изгибе; А_n - эмпирический коэффици­ент, для высококачественных материалов А_n = 0,42, для рядовых материалов - 0,4, для материалов пониженного качества - 0,37; R_ц^` - активность цемен­та при изгибе.

Большей прочности при изгибе достигают использованием цемента с химическими добавками.

С увеличением возраста бетона его прочность при изгибе и растяже­нии возрастает более медленно, чем прочность при сжатии, и соотношение R_р/R_сж уменьшается (рисунок 7).

Важным свойством аэродромных бетонов является плотность.

Следует различать плотность незатвердевшей бетонной смеси и затвердевшего бетона. Качество уплотнения бетонной смеси обычно оценивают коэффициентом уплотнения k_упл ≈ 1, но вследствие воздухововлечения в бетонную смесь при вибрации и других факторов он часто составляет 0,96…0,98.

В затвердевшем бетоне только часть воды находится в химически связанном состоянии. Остальная (свободная) вода остается в порах или испаряется. Поэтому затвердевший бетон никогда не бывает абсолютно плотным. Пористость (%) бетона можно определить.

Относительная плотность бетона может быть повышена тщательным подбором зернового состава заполнителей, обеспечивающим меньший объем пустот в смеси заполнителей. Кроме того, можно применять цементы, присоединяющие при гидратации возможно больше воды (высокопрочный ПЦ, глиноземистый и расширяющиеся цементы), или цементы, занимающие больший абсолютный объем (ППЦ).

Плотность бетона может быть повышена путем уменьшения водоцементного отношения (В/Ц), что достигается введением в смесь специальных добавок - пластификаторов, уплотнением бетонной смеси вибрацией.

Часть свободной воды можно удалить вакуумированием или прессованием.

Для качественного уплотнения бетонная смесь должна иметь показа­тели подвижности или жесткости, приведенные в таблице 13, определяемые непосредственно перед укладкой в покрытие или основание.

Таблица13. Требования к подвижности бетонной смеси
Уплотнение бетонной смеси	Осадка конуса, см	Жесткость, с
Уплотнение покрытий бетоноукладоч­ными машинами Уплотнение покрытий площадочными вибраторами Уплотнение оснований	1 ...2 2...3 -	2...5 - 10...15

Бетонные смеси с небольшим избытком песка по сравнению с оптимальным хотя и имеют несколько повышенную жесткость, но хорошо укладываются в покрытие, сохраняют прочность при изгибе, не расслаиваются и дают при этом лучшее качество поверхности, поэтому такие смеси целесообразно применять для дорожных покрытий. При этом коэффициент раздвижки зерен заполнителя можно назначать 1,3 ... 1,7 ,для жестких смесей - 1,25 ... 1,3.

3. Марки бетона по морозостойкости назначают в соответствии с кли­матическими условиями района строительства (таблица 14).

Таблица 14. Выбор марки дорожного бетона по морозостойкости бетона по морозостойкости
Среднемесячная температура воздуха наиболее холодного месяца	Марки по морозостойкости для бетона
	Однослойного и верхнего слоя двухслойных покрытий	Нижнего слоя двухслойных покрытий и оснований усовершенствованных бетонных дорог
От 0 до 10 °С От – 10 до - 20 °С Ниже - 20 °С	F100 F150 F200	Не нормируется F50 F50

Для определения морозостойкости бетона применяют метод попеременного замораживания и оттаивания. Критерием морозостойкости бетона является количество циклов, при котором потеря в массе образца менее 5%, а его прочность снижается не более чем на 25%. Это количество циклов определяет марку бетона по морозостойкости (марки указаны выше).[1] Существуют два способа повышения морозостойкости:

1) повышение плотности бетона, уменьшение объема макропор и их проницаемости для воды (н/р, за счет снижения В/Ц, применения добавок);

Для обеспече­ния требуемой морозостойкости бетона и его стойкости против совместностью действия хлористых солей, применяемых для борьбы с гололедом, и за­мораживания бетона при отрицательных температурах водоцементное от­ношение следует принимать для однослойных и верхнего слоя двухслойных покрытий не более 0,5, для нижнего слоя двухслойных покрытий - не более 0,6, для оснований усовершенствованных покрытий - не более 0,75.

2) создание в бетоне с помощью специальных воздухововлекающих добавок резервного объема воздушных пор (более 20% от V замерзающей воды).