Факторы, определяющие прочность бетона

1. Марка цемента

2. Вид цемента

3. Водоцементное отношение

Впервые для отечественных цементов кривые экспериментальным путем получил Н.М. Беляев, который предложил для расчета формулу зависимости прочности бетона на сжатие на 28-е сутки от активности цемента и водоцементного отношения В/Ц:

(1)

где коэффициент, учитывающий вид крупного заполнителя и равный для щебня 3,5, для гравия – 4.

При замене щебня гравием прочность бетона понижается примерно на 10-15%, что объясняется меньшим сцеплением цементного раствора с заполнителем, имеющим окатанную поверхность.

Кривые зависимости прочности бетона от количества воды затворения и активности цемента, приведенные на рис. 4, характеризуют физический смысл закона прочности.

Левая ветвь кривой принадлежит недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа укладки. При возрастании количества воды затворения, т.е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном для данного способа уплотнения количестве воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности. Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвижность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается вяжущим (18-20% от его массы) и поэтому образует в бетоне полости; объем пор в бетоне возрастает, а прочность бетона понижается соответственно правой ветви кривой. Таким образом, для каждой смеси имеется оптимальное количество воды, которое позволяет получить при данном способе уплотнения бетон с минимальной пористостью, а следовательно, с наибольшей прочностью.

Рис. 4.

Формула Боломея-Скрамтаева:

R_Б²⁸ = А₂ ∙R_Ц²⁸ ∙(Ц/В±b)

для В/Ц≥0,4 (Ц/В 1,4…2,5)

R_Б²⁸ = А₂ ∙R_Ц²⁸ ∙(Ц/В-0,5)

для В/Ц<0,4 (Ц/В >2,5) (высокопрочных бетонов)

R_Б²⁸ = А₂ R_Ц²⁸ (Ц/В+0,5)

А₂ — коэффициент, зависящий от качества заполнителей и назначается из условий таблицы 5.

Таблица 5

Заполнители	В/Ц≥0,4	В/Ц<0,4
Высококачественные	0,65	0,43
Рядовые	0,60	040
Пониженного качества	0,55	0,37

Рис.5. Зависимость прочности бетона от марки цемента и Ц/В отношения

Для бетонов, приготовленных на цементах с разной активностью, получаем пучок прямых (рис. 5). При этом, чем выше активность цемента, тем больше будет угол наклона прямой и тем выше прочность бетона при том же значении.

4. Вид и качество заполнителей;

Прочность заполнителя должна быть в 2 и более раза больше марки бетона.

5. Условия хранения образцов;

6. Размер образцов.

Стандартным считается размер образца 15х15х15 см.

7. Скорость нагружения при опыте;

Скорость нагружения составляет 2..3 кг/см².

8. Состояние поверхности образца;

9. Возраст бетона и другие факторы.

Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы, только параметры и входящие в формулу, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.

Способы обозначения состава бетона.

1. Состав бетона можно обозначить как соотношение между количеством материалов, принимая массу цемента за единицу и выделяя водоцементное отношение.

В общем виде состав бетона по массе выражают в виде соотношения:

,

где 1 – одна часть цемента по массе;

отношение массы песка к массе цемента;

отношение массы крупного заполнителя к массе цемента;

отношение массы воды к массе цемента.

Приняв , а , получим обозначение состава бетона по массе в ином виде:

2. Состав бетона можно обозначить по объему, выражая расходы материалов в . Тогда состав бетона обозначают в виде соотношения между объемами материалов (принимая объем цемента за единицу).

В общем виде состав бетона как соотношение объемов материалов обозначают:

,

где 1 – одна объемная часть цемента;

отношение объема песка к объему цемента;

отношение объема крупного заполнителя к объему цемента.

Вариант обозначения состава бетона как соотношения объемов:

,

где

3. Состав бетона может быть выражен количеством материалов, необходимых для получения 1 м плотно уложенной бетонной смеси, например:

Состав	Расход, кг/м3
цемент	250
песок	700
крупный заполнитель	1300
вода	150
Всего	2400

Понятие о марках и классах бетона.

По показателям прочности бетона устанавливают их гарантированные значения - классы. Для ранее запроектированных конструкций в качестве показателей прочности существуют марки бетона. Марками бетона пользуются и для характеристики других свойств бетона: средней плотности, морозостойкости, водонепроницаемости.

Класс бетона определяется величиной гарантированной прочности на сжатие с обеспеченностью 0,95. С учетом требований СНиП 2.03.01.-84 бетоны подразделяют на классы: В1; В1,5; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; ВЗО; В40; В45; В50; В55; В60.

Класс прочности при растяжении , по прочности при изгибе .

Соотношение между классом и средней прочностью бетона, МПа, контролируемой испытанием образцов бетона размером 15 15 15 см, с учетом коэффициента вариации прочности бетона устанавливают по зависимости:

,

где класс бетона по прочности на сжатие, МПа;

средняя прочность бетона, МПа;

безразмерный коэффициент (для обеспечения класса бетона 0,95 );

коэффициент вариации прочности, %

Коэффициент вариации прочности бетона вычисляют по формуле:

,

где среднее квадратичное отклонение частных результатов испытания от средней прочности , определяемое по формуле:

.

Средняя прочность равна ,

где предел прочности отдельного образца,

число испытанных образцов.

Нормативный коэффициент вариации, который принимается при проектировании конструкций из тяжелого бетона, равен 13,5%.

От коэффициента вариации зависит требуемая марка бетона, а следовательно, расход цемента в бетоне и его экономическая эффективность.

Для повышения однородности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, повышение уровня технологической дисциплины, автоматизации производства.

За проектную марку бетона по прочности на сжатие принимают сопротивление осевому сжатию, кгс/см², эталонных образцов-кубов размером 15x15x15 см.

За проектную марку бетона по прочности на осевое растяжение принимают сопротивление осевому растяжению, кгс/см², контрольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение. По прочности на осевое растяжение тяжелые бетоны разделяют на семь марок - от Р10 до Р40. Цифра в обозначении марки показывает минимальный фактический предел прочности при осевом растяжении бетона на 180-й день твердения, определенный по ГОСТ 10180-90.

Марка бетона по средней плотности (Д), кг/м³, регламентируется ГОСТ 12730.1-78 для легких и ячеистых бетонов. Средняя плотность тяжелых бетонов не регламентируется, она колеблется в зависимости от плотности заполнителей.

Марка бетона по морозостойкости - число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартных испытаний. Ее назначают для бетонов, подвергающихся многократному воздействию отрицательных температур. По морозостойкости тяжелые бетоны разделяют на следующие марки: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500. Марку по морозостойкости устанавливают по ГОСТ 10060-95.

Марка бетона по водонепроницаемости - одностороннее гидростатическое давление, при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартного испытания. Ее назначают для бетона, к которому предъявляют требования по плотности и водонепроницаемости. По водонепроницаемости тяжелые бетоны подразделяют на марки W2; W4; W6; W10; W12 (ГОСТ 12730.5-84; ГОСТ 26633-85)