книги из ГПНТБ / Черкасов, Г. И. Введение в технологию бетона

1,15(1,20) — коэффициенты, учитывающие увеличение ве­ са цемента при его гидратации.

В легких бетонах объемные веса заполнителей в куске меньше объемного веса цементного камня, поэтому увеличе­ нию количества цемента в бетоне соответствует увеличение объемного веса бетона, и, наоборот, увеличение содержания заполнителей уменьшает его.

Наиболее легкий бетон на данных материалах можно по­ лучить при предельном насыщении его объема заполнителем, подобрав определенным образом соотношение различных фракций заполнителя.

По подбору наиболее плотного скелета из рыхлых камен­ ных материалов проведены многочисленные исследования, в результате которых установлены как теоретические зависи­ мости, так и эмпирические, полученные обобщением опытных данных.

В. В. Охотиным доказано, что наименьшая пустотность смеси песчано-гравийных материалов наблюдается в том слу­ чае, когда средние размеры взятых фракций последовательно различаются в 16 раз, а весовое содержание каждой меньшей фракции составляет 0,43% предыдущей. Однако такие смеси плохоудобоукладываемы и малоприемлемы в производстве.

При принятом у нас разделении сыпучих материалов на фракции последовательным уменьшением средних размеров в два раза наибольшая плотность смеси получается при весо­ вом отношении последующей фракции к предыдущей, рав­ ном 0,7—0,85 (при материалах с одинаковым объемным весом

в куске).

Я. Ш. Штейном определены зерновые составы пористых заполнителей, дающие, наиболее полное заполнение объема в бетоне (максимальное насыщение заполнителем), которые обычно выражаются в виде графиков, подобных .представлен­

ным на рис. 67 и 68.

На рис. 67 приведены графики непрерывной грануломет­ рии для подвижных бетонных смесей, а на рис. 68 графики прерывистой гранулометрии для Шестких смесей (без фрак­ ции 1,2—-5 мм), обеспечивающих большую плотность скелета заполнителей, ,но ухудшающих показатели удобоукладываемости и нерасслаиваемости смесей.

Как видно из графиков, при применении щебня количество песчаной фракции в смеси повышается, что вызвано необхо­ димостью заполнения большого объема пустот и раздвижки щебенок для улучшения удобоукладываемости смеси.

222

Более грубо составы плотных скелетов заполнителей могут быть заданы значениями г —■содержанием песка в смеси за­ полнителей по объему. Величина г для конструктивно-тепло- изоляционного керамзитобетона колеблется от 25 до 55%; значение г в указанных пределах повышается при уменьше­ нии предельной крупности заполнителей. Такой подбор скеле­ та из пористых заполнителей обычно применяется для конст­ руктивных батонов, где объемный вес менее важен, чем проч­ ность бетона.

Увеличение песка в смеси в определенных пределах повы­ шает ее удобоукладываемость и увеличивает объемный вес

т%

средней сррщ ии

9

Рис. 69. Характер изменения объемного веса легкого бетона (сплош­ ные линии) и расхода вяжущего (пунктирные линии) в зависимости от зернового состава заполнителей в равнопрочном легком бетоне.

223

бетона. Для конструктивных легких бетонов содержание пес­ ка в смеси заполнителей целесообразно несколько повышать для обеспечения нерасслаиваемости и улучшения удобоукладываемостн в целях максимального уплотнения смеси.

В 1962 г. Н. А. Поповым был предложен метод нахожде­ ния зернового состава заполнителей для конструктивно-теп­ лоизоляционных легких бетонов, обеспечивающий получение бетона определенной прочности с заданным объемным весом и наименьшим расходом цемента.

Анализируя составы равнопрочных легких бетонов — от слитной структуры с избыточным количеством песка до круп­ нопористых, беспесчаных, Н. А. Попов установил, что наи­ меньший объемный вес имеют бетоны на заполнителях без песчаных фракций, а наибольший бетоны с повышенным со­ держанием песка (фракций 0—>1,2 и 1,2—5 мм).

Однако для обеспечения, требуемой прочности крупнопо­ ристых бетонов необходим больший расход цемента, чем для песчаных. Указанные зависимости объемного веса бетона и расхода цемента от зернового состава заполнителей, выраженного в треугольных координатах, приведены на рис. 69.

Из диаграмм видно, что линия АО является геометриче­ ским местом точек, определяющих рассматриваемые составы заполнителей. Разделив отрезок АО на четыре части, полу­

Изготовив образцы равнопрочного бетона на всех соста­ вах и определив их объемный вес и расход цемента, можно

1 Указанные зависимости неприменимы к заполнителям, у которых объемные веса песка меньше, чем щебня, например к перлитам.

224

построить график, по которому определяют зерновой состав, обеспечивающий требуемый объемный вес при минимальном расходе цемента.

Прочность легких бетонов

Разрушение легкого бетона при сжатии происходит вслед­ ствие разрыва его в поперечном направлении, когда величина

.поперечных деформаций достигает предела растяжимости. Напряжения, возникающие в этот момент, и определяют проч­ ность легкого бетона.

Вследствие того, что в легких бетонах из-за повышенной адгезии цементного камня к заполнителю разрушения по пло­ щади их контакта практически не происходит, разрушение бетонов вызывается предельными деформациями цементного камня (раствора) и заполнителя. Так как модули деформации пористых заполнителей в большинстве случаев меньше моду­ лей деформации раствора, то с увеличением насыщения лег­ кого бетона заполнителем прочность его снижается, или, иными словами, повышение объема цементного камня в объе­ ме слитного легкого бетона увеличивает его прочность.

Эта зависимость может, быть представлена формулой

Re_1—v

R'e l- v '’

где v и — относительное содержание в бетоне крупного за­ полнителя по объему;

Rr, и Re' — пределы прочности бетонов при сжатии при соответственных значениях v и v'.

При определенном насыщении заполнителя А. И. Ваганов

Влегком бетоне предельная растяжимость заполнителя является постоянной, а растяжимость раствора — переменной возрастающей величиной. Поэтому в зависимости от их соот­ ношения в процессе нарастания прочности бетона разруше­ ние может происходить и по раствору, и по заполнителю.

Впервой фазе разрушения предельная .растяжимость раст­ вора меньше, нежели пористого заполнителя; разрушение бе­ тона происходит вследствие разрыва по раствору. Повышение прочности раствора повышает прочность бетона, как это наблюдается и у бетонов на плотных заполнителях.

При нарастании прочности после превышения раствором значений предельной растяжимости пористого заполнителя

наступает вторая фаза, при которой разрушение бетона про­ ходит по заполнителю1.

Предел прочности бетона при сжатии в первой фазе мо­ жет быть выражен формулой

Кб—Кб*£$ Еб *£р,

где Еб — модуль деформации бетона в момент разрушения; еб — предельная деформация бетона;

где Ер — модуль деформации раствора в момент разрушения. Таким образом, отношение предела прочности бетона к пределу прочности раствора равно отношению их модулей де­ формации в момент разрушения. Так как модуль деформации бетона является функцией возрастающего модуля деформа­ ции раствора и постоянного модуля деформации заполнителя, то его рост отстает от роста модуля деформации раствора.

сколько уменьшаться.

Во второй фазе разрушения отношение пределов Прочнос­ ти бетона и раствора определяется уравнением

Иб_Еб-в3 Rp Ер-Ер

В этом уравнении е3 — постоянная, а отношение прочности бетона к прочности раствора уменьшается за счет не только увеличения Ер, но и возрастания ер. Все это вызовет резкое

Re

снижение отношения-5-

Кр-

1 Зависимости А. И. Ваганова не учитывают упрочнения пористого за­ полнителя в условиях адгезионного всестороннего обжатия егс> более проч­ ным раствором.

Приведенные зависимости для определенного пористого заполнителя представлены графически на рис. 71.

Из графика видно, что наиболее экономичные составы легких бетонов соответствуют первой фазе разрушения бетона, пределы которой расширяются с увеличением прочности при­ меняемого заполнителя.

Rfi, кГ/см2

а

Rp, кГ/см2

Рис. 71. Зависимость прочности легкого бетона от прочности раствора.

А. И. Ваганов предложил оценивать качество легкого заполнителя и целесообразность его использования для бе­ тонов определенных марок построением кривых, аналогичных приведенной на рис. 70.

пользования прочности раствора—й строя графики в коорди­ натах Кп и Ro, можно более наглядно сравнивать различные пористые заполнители. Заполнители, имеющие более высокий коэффициент использования, при той же марке бетона потре­ буют меньшую прочность раствора, а следовательно, и мень­ ший расход цемента.

228

Uu

Рис. 72. Зависимость коэффициента использования прочности

раствора от вида керамзита и прочности бетона:

керамзит с объемным весом зерен: / — 1400 кг/м*; 2 — 1040 кг/м3; 3 —

860кг/м3; 4 — 520 кг/м3.

Вкачестве примера на рис. 72 приведены графики изме­ нения коэффициентов использования для керамзитового гра­ вия разного объемного веса и, следовательно, разной проч­ ности.

Хотя зависимости прочности легких бетонов от упругих

характеристик раствора и • заполнителей, установленные А. И. Вагановым, теоретически обоснованы, практически поль­ зоваться ими затруднительно из-за сложности определения модулей упругости деформаций или напряжений растворов и заполнителей.

Поэтому большое практическое распространение получили зависимости, связывающие прочность легких бетонов с проч­ ностью цементного камня, в которых влияние заполнителей учитывается введением коэффициентов.

В тяжелых бетонах принято прочность раствора опреде­

23в

лять водоцементным отношением. Эта зависимость положена в основу формул, практически используемых для определения прочности бетона. В бетонах на легких заполнителях проч­ ность цементного камня также зависит от водоцементного от­ ношения, но использовать ее для определения прочности бе­ тона не представляется возможным из-за крайне неравномер­ ного отсоса воды пористыми заполнителями.

Рис. 73. Зависимость прочности легкого бетона от водоцементного отношения:

а — керамзитобетон; б — перлитобетон; в — шлакобетон.

Графически (рис. 73) зависимость прочности легкого бе­ тона представляется двухветвевой кривой, где левая ветвь выражает недостаток воды, а правая ее избыток. Максимум прочности и вид кривой изменяются при изменении зернового состава заполнителя и степени насыщения им бетона. Так как количество воды в легкобетонной смеси назначается по требуемой удобоукладываемости и в основном определяется качеством скелета заполнителей, мало изменяясь с расходом цемента, то прочность бетона удобнее выражать функцией расхода цемента, которая в определенных пределах прямо­ линейна:

230