§ 3. Прочностные свойства бетонов

Ниже приводятся сравнительные прочностные, деформативные и другие свойства неармированных и армированных шлакощелочных и портландцементных бетонов при кратковременном и длительном загружении.

Наиболее широко в строительстве применяются бетоны марок 300-500. В исследованиях использованы шлакощелочные бетоны марки 300на мелкозернистом и марок 300 и 500 - на крупном заполнителе.

По составу эти бетоны не являются оптимальными, так как главной задачей являлось определение возможных пределов свойств бетонов и факторов их определяющих.

Поэтому в виде дисперсных заполнителей использовали некондиционные мелкие пески с содержанием пылеватых и глинистых частиц, превышающим требования ГОСТ, и применяли пластичные бетонные смеси.

Для приготовления мелкозернистого шлакощелочного бетона состава 1 применяли следующие материалы: овражный песок с содержанием глинистых и пылевидных частиц 13,3%; днепродзержинский гранулированный шлак, размолотый до тонины, характеризующейся удельной поверхностью по ПСХ-2— 3000см²/г; в виде щелочного компонента использовали кальцинированную техническую соду по ГОСТ 10689—70 в виде водного раствора с р= 1,2 г/см².

В качестве вяжущего для крупнозернистых шлакощелочных бетонов применяли запорожский доменный гранулированный шлак с тонкостью помола 3000—3500 см²/г и щелочной компонент: для составов 2, 4, 5 —кальцинированная сода с той же плотностью, а для состава 3— силикат натрия (натрий кремнекислый мета) по ГОСТ 4239—66 с плотностью раствора р—1,08 г/см³.

Вяжущим для обычных бетонов составов 6 и 7 служили портландцемент марки 500 бахчисарайского комбината «Стройиндустрия».

Для крупнозернистых бетонов обоих видов заполнителями использовали: песок кварцевый с М_кр=0,985 и карбонатный щебень крупностью 10— 20 мм.

Таблица 9. Расход материалов на 1 м³ бетонной смеси

Вид бетона и номер состава	Проектная марка бетона	Расход материалов на 1м3 бетонной смеси, кг
		Цемент	Шлак	Песок	Щебень	Раствор щелочного компонента (сода), л	Вода, л	Сода
Шлакощелочной бетон
1*	300		530	1430		240		65
2	300		300	530	1342	180		36
3	300		500	530	1320	160
4	500		500	540	1280	170		34
5**	500		530	540	1280	170		34
Цементный бетон
6	300	3001		530	1342		180
7**	500	530	1	540	1280		170

* 1-й состав шлакощелочного бетона изготовлен на комбинате про­изводственных предприятий «Киевметростроя» и в управлении произ­водственных предприятий комбината «Ворошиловградхимстрой»,

** 5-й и 7-й составы шлакощелочного и цементного бетонов изготов­лены на заводе ЖБИ объединения «Крымжелезобетон».

Для определения физико-механических свойств бетонов испытаниям подвергались в основном неизолированные образцы: для получения «чистых» характеристик часть из них была покрыта изоляцией.

Для определения прочности при сжатии использовали образцы кубов разных размеров.

Данные, полученные при испытании мелкозернистого шлакощелочного бетона состава, указывают на то, что частные результаты отклоняются от сред­них в следующих пределах: для кубов с ребром 7 см от 3 до 10%, в отдельных случаях до 20%, для кубов с ребрами 10 и 20 см — 3—10%.

Марку (кубиковую прочность) шлакощелочного мелкозернистого бетона рекомендуется определять на кубах с ребром 10 см, исходя из того, что бетон мелкозернистый и отклонения прочностных показателей для кубов с ребром 10 и 20 см находятся приблизительно в одном пределе. Предел прочности при сжатии кубов с ребрами, отличными от 10 см, должен быть приведен в соответствие с пределом прочности образцов кубов с ребром 10 см умножением на коэффициенты, приведенные в табл. 10.

Таблица 10. Переводные коэффициенты дли определения марки шлакощелочных бетонов

Кубы с раз­мерами ребер, мм	Переводные коэффициенты	Кубы с размерами ребер, мм	Переводные коэффициенты
70	0,90	150	1,05
100	1,00	200	1,10

Кроме кубов с ребром 10 см и призм 10*10*40 см (п/а=4) были испытаны образцы сечением 10*10 и высотой 20 и 30 см. В результате определено влияние высоты (h/a=1÷4)образца на проч­ность. В табл. 11 приводятся средние данные.

Таблица11. Влияние высоты образца на его прочность

Л/а	1	2	3	4
R кгс/см2	291
Rпр кгс/см2		286	235	204
Rпр/R	1,00	0,92	0,81	0,70.

Необходимо также отметить, что с увеличением возраста разница в прочности кубов (образцов) различных размеров выравнивается, т. е. отношение их прочностей с возрастом стремится к единице. Чем меньше размеры образца, тем раньше стабили­зируется их прочность. Так, например, в кубах с ребром 7 см прекратился интенсивный рост прочности уже в возрасте 120 суток, а у кубов с ребром 10 и 20 см он наблюдался в течение 360 суток.

Отношение сопротивления растяжению восьмерок сечением 7х10см к призменной прочности находится в пределах 0,116—0,131. Прочность при изгибе близка к прочности при растяжении стандартных восьмерок и составляет 0,125—0,167, а при центральном растяжении 0,08—0,125 от предела прочности при сжатии (при марках шлакощелочного бетона 200—800).

Призменную прочность можно определять по формуле Б. Г. Скрамтаева

R_пр= 0,7 R

Для практических расчетов можно принимать со­противление шлакощелочного бетона растяжению по формуле

R_р = 0,1R

Характер роста прочности шлакощелочного бетона естественного твердения и пропаренного при атмосферном давлении изображен соответственно на рис. 17 и 18.

Однородность мелкозернистого шлакощелочного бетона. Оценку однородности мелкозернистого шлакощелочного бетона по прочности на сжатие производили по ГОСТ 18105—72 с применением статистического метода. Был испытан 51 куб с ребром 7 см из мелкозернистого бетона состава 1 и столько же из крупнозернистого соответственно на кубах с ребром 10 см.

Относительную изменчивость свойств (прочности) оценивали с помощью коэффициента изменчивости (вариации) v.

Результаты расчетов коэффициента однородно­сти по ГОСТ 10180—74 для шлакощелочных бето­нов, изготовленных в условиях опытного производ­ства на комбинате производственных предприятий «Киевметростроя», в управлении производственных предприятий комбината «Ворошиловградхимстрой», приведены в табл. 12

Таблица 12. Техническая характеристика шлакощелочного бетона

Вид бетона	Прочность при сжатии, кгс/см2			Среднее отклонение S, кгс/см2	Коэффициент вариации, v=S/Rho	Коэффициент однородности, К
	Средняя R	Максимальная R	Минимальная R
Мелкозернистый	309	376	191	35,5	0,115	0,655

Оценивая результаты вычислений показателя однородности по испытанию кубов с ребром 7 и 10 см, можно отметить, что он выше, чем у портландцементных бетонов.

Отношения между сопротивлениями растяжению и сжатию для шлакощелочного бетона оказываются большими, чем соответствующие отношения для портландцементного бетона.

Гистограмма эмпирического распределения прочности показана на рис.19

в

Рис.19 Кривые распределения прочности

а – кривые нормального распределения: 1- опытная (статистическая); 2- теоретическая, Гаусса;

в - гистограмма эмпирического распределения прочности мелкозернистого шлакощелочного бетона состава 1