книги из ГПНТБ / Баулин Д.К. Междуэтажные перекрытия из легких бетонов

В этих зависимостях а 3 и а Р . ч — характеристики деформатпвиости заполнителя и растворной части. По­ скольку в приведенных формулах фигурируют только их отношения, характеристики деформатнвпостп могут в приблизительных расчетах быть заменены упругими ха­ рактеристиками:

учитывая возможность разрушения бетона по поверхно­ сти, не проходящей через зерна крупного пористого за­ полнителя, расчетная прочность бетона должна быть принята равной прочности растворной части: R=RV.4.

Результаты проведенного сопоставления показывают достаточно близкую сходимость расчетных значений

тельно, учет деформативных свойств пористых заполни­ телей, их предельной сжимаемости позволяет объяснить нелинейный характер зависимости прочности легкого бе­ тона от прочности его растворной части.

Приблизительная оценка прочности керамзита в бе­ тоне показывает, что даже при малой плотности запол­ нителя она может быть значительной. Однако полное использование прочности пористого заполнителя в бето­ не возможно лишь в том случае, если его предельная сжимаемость не превышает предельной сжимаемости растворной части.

Таким образом, в легком бетоне в разной степени используется прочность заполнителя и растворной ча­ сти. Этим объясняется отмечаемая многими исследова­ телями характерная особенность легких бетонов: увели­ чение расхода цемента, повышение его активности и со­ ответствующее снижение водоцементного отношения после определенного предела не приводит к существен­

деления напряжений между заполнителем и растворной частью весьма ограничены и что полное использование прочности обоих компонентов легкого бетона достигает-

20

ся лишь при близких значениях их предельной сжимае­ мости.

Таким образом, пористые заполнители имеют повы­ шенную хрупкость.

На повышенную хрупкость керамзита указывают также результаты опытов А. И. Ваганова по определе­ нию работы удара, необходимой для разрушения плиты, лежащей на песке. Результаты этих опытов показали, что сопротивление удару керамзитобетона на 25—30% ниже, чем тяжелого бетона такой же прочности на гра­ нитном щебне.

Широкое разнообразие свойств пористых заполните­ лей и бетонов на их основе ограничивает возможности теоретических обобщений. Поэтому теория легких бето­ нов вполне закономерно носит эмпирический характер и направлена преимущественно на разработку методики поисков оптимальных решений поставленных задач.

Прочность тяжелого бетона довольно четко связана с водоцементным отношением, имеются достаточно точ­ ные рекомендации по назначению расхода воды затворення при заданной удобоукладываемости смеси; для легкого бетона такие рекомендации носят весьма ориен­ тировочный характер.

Прочность легкого бетона, хотя и в меньшей степени, но тоже зависит от плотности цементного камня, а сле­ довательно, и от водоцементного отношения. Но здесь невозможно расчетным путем определить содержание воды в цементном тесте, так как значительная часть во­ ды поглощается заполнителем, увлекая за собой цемент

воткрытые поры и капилляры.

Впроцессе схватывания цемента происходит обрат­ ная миграция воды из заполнителя в практически неоп­ ределимом количестве. При нагревании бетонной смеси эта миграция интенсифицируется и может привести к снижению прочности бетона, если термообработка нача­ та до окончания схватывания цемента.

Величина поглощения воды из цементного теста за­ висит от размера зерен заполнителя и характера их по­ верхностной пористости, а также от водоцементного от­ ношения.

Все это приводит к тому, что свойства растворной части в легком бетоне могут значительно отличаться от свойств отдельно взятой растворной части, особенно ес­ ли учесть различные условия уплотнения. Это различие

21

возрастает с увеличением пористости применяемых за­ полнителей. Есть основания полагать, что в результате влияния заполнителей прочность растворной части с вы­ соким водоцементным отношением увеличивается, а с низким — уменьшается.

Следовательно, свойства крупного заполнителя мо­ гут в известной степени предопределять наибольшую прочность растворной части при заданных способе уп­

Анализ и теоретическое обобщение результатов ис­ следований позволяет на основе выявленных закономер­ ностей наметить наиболее рациональное направление по­ иска нужного решения и тем самым сократить объем

уменьшить предельную крупность зерен пористого щеб­ ня или гравия, используя увеличение их плотности и прочности с уменьшением размеров, и одновременно снизить объемное содержание крупного заполнителя. Относительное увеличение объема растворной части в легком бетоне уменьшает влияние крупного пористого заполнителя на ее свойства. Поэтому уменьшение до из­ вестного предела расхода крупного заполнителя обычно позволяет повысить прочность и жесткость растворной части;

2) применение пористого песка вместо кварцевого обеспечивает более полное использование прочности крупного пористого заполнителя, уменьшая таким обра­ зом влияние его объемного содержания на прочность бе­ тона. Это объясняется тем, что при равной прочности модуль упругости растворной части на пористом песке ниже, чем на кварцевом, на 30—40%. Соответственно больше предельная сжимаемость легкого раствора. Пре­ дельная сжимаемость раствора на пористом песке, как правило, выше предельной сжимаемости крупного запол­ нителя, дроблением которого получен этот песок. Таким образом, при использовании пористого песка целесооб­ разно максимальное увеличение расхода крупного за­ полнителя;

3) замена кварцевого песка пористым приводит к сии-

22

жеиию предельной прочности бетона. Поэтому пористый песок целесообразно применять для получения легкого бетона прочностью, близкой к прочности крупного запол­ нителя. В этом случае при равной прочности бетона прочность растворной части на пористом песке может быть значительно ниже, чем на кварцевом.

Итак, прочность конструктивного легкого бетона прежде всего зависит от прочности и деформативности применяемых пористых заполнителей. Большое значение имеют также прочностные и деформативные свойства растворной части, которые зависят от вида и качества применяемого песка; активности и расхода цемента; способов уплотнения бетонной смеси, предопределяю­ щих оптимальный расход воды затворения.

При заданном виде крупного пористого заполнителя технологическому регулированию доступны только свой­ ства растворной части, условия уплотнения которой в значительной степени зависят от гранулометрического состава заполнителей и прежде всего — от соотношения мелких и крупных фракций.

На прочность легкого бетона большое влияние оказы­ вает объемное содержание крупного заполнителя, от ко­ торого зависят условия уплотнения, а следовательно, и свойства растворной части.

Поэтому для обеспечения равномерного уплотнения растворной части конструктивного легкого бетона необ­ ходимо, чтобы ее объем в уплотненном состоянии на 10— 20% превышал объем межзерновых пустот крупного за­ полнителя.

При уменьшении содержания крупного пористого заполнителя снижается его влияние на реологические свойства бетонной смеси. В случае использования квар­ цевого песка это позволяет уменьшить водоцементное отношение и повысить прочность растворной части.

Однако увеличение прочности легкого бетона за счет уменьшения содержания пористого заполнителя вызы­ вает перерасход "цемента, приводит к повышению объем­ ной массы бетона и снижает эффективность его приме­ нения.

Каждому виду пористого заполнителя с определен­ ными физико-механическими свойствами соответствует оптимальная прочность конструктивного легкого бетона? которая достигается при сравнительно небольшом рас­ ходе цемента (250—350 кг/м3) и обеспечивает его высо-

23

кие строительные качества. Превышение оптимальной прочности можно допустить только в исключительных случаях.

Для большинства видов пористых заполнителей плот­ ностью 1000 кг/м3 и более оптимальная прочность бето­ на практически та же, что и для тяжелых плотных за­ полнителей. В этих случаях прочность бетона определя­ ется почти исключительно прочностью растворной части.

известной мере компенсируется более равномерным рас­ пределением напряжений в легком бетоне, так как зерна пористого заполнителя по прочности и деформативности значительно меньше отличаются от цементного камня, чем зерна плотного заполнителя.

В тяжелом бетоне между зернами плотного заполни­ теля в направлении действия внешних сил возникает концентрация напряжений. При высоких нагрузках в ме­ стах наибольшего сближения крупных гранул начинает­ ся постепенное раздавливание цементного камня, что приводит к снижению модуля деформаций и объясняет нелинейный характер зависимости а — е тяжелых бето­ нов марок 150—200 со сравнительно невысокой прочно­ стью растворной части. Для легких бетонов такой же прочности с более податливыми гранулами крупного заполнителя характерно менее интенсивное уменьшение

24

модуля деформаций при напряжениях, близких к пре­ делу прочности (рис. 5).

преимуществом конструктивного легкого бетона по срав­ нению с тяжелым является его относительно низкая объемная масса, обеспечивающая снижение веса кон­ струкций со всеми вытекающими из этого последст­ виями.

Какие же заполнители следует предпочитать для производства несущих и, в частности, изгибаемых кон­ струкций— менее прочные, но более легкие, или более тяжелые и прочные?

Обычно при уменьшении плотности прочность запол­ нителей убывает значительно быстрее. Поэтому с точки зрения отношения прочности и плотности предпочтение, казалось бы, следует отдать тяжелым заполнителям, которые при плотности 2,5—2,6 г/см3 могут иметь проч­ ность 1000 кгс/см2 и более. Однако эта высокая проч­ ность не может быть использована в бетоне с экономич­ ным расходом цемента марок 400—500 при обычных спо­ собах уплотнения.

Наилучшее соотношение прочности и объемной мас­ сы бетона достигается при максимальном использовании прочности заполнителя, которая всегда значительно вы­ ше, чем прочность цементного камня той же плотности. Наибольшее использование прочности обоих компонен­ тов бетона обычно достигается, когда прочность заполни­ теля равна или несколько меньше прочности растворной части. Следовательно, полностью использовать прочность качественных заполнителей тяжелого бетона возможно при прочности растворной части более 1000 кгс/см2, что практически пока недостижимо. Объемная масса бето­ на заметно снижается при применении пористых запол­ нителей плотностью 1,4—1,8 г/см3 даже в высокопроч­ ных бетонах марок 400 и 500.

Таким образом, преимущество конструктивных лег­ ких бетонов перед тяжелыми заключается в том, что в них лучше используются прочностные свойства материа­ лов и за счет этого обеспечивается значительное сниже­ ние веса.

25

Специфика работы таких изгибаемых конструкций, как крупнопанельные междуэтажные перекрытия жилых зданий, обычно не требует применения высокопрочных бетонов. Целесообразное использование указанных бе­ тонов наталкивается на трудности, связанные с обеспе­ чением жесткости конструкций. Поэтому для ненапря­ женных элементов могут быть рекомендованы бетоны с плотной растворной частью, обеспечивающей хорошее

ной части обеспечивает примерно такую же прочность бетона.

Гораздо труднее получить па этих заполнителях лег­ кие конструктивно-теплоизоляционные бетоны марок

заполнителя растворной частью на пористом песке при расходе цемента 70 кг/м3, а прочность 75 кгс/см2 — при расходе цемента 100 кг/м3.

В опытах, проведенных Н. Я. Спиваком и В. С. Баджагян при участии автора на керамзите Лианозовского

Повышенный расход цемента в последнем случае объ­ ясняется необходимостью заполнения открытых пор на

26

Прочность заполнителя в конструктивно-теплоизоля­ ционном бетоне марок 50—75 и даже 100 в значительной степени остается неиспользованной, так как основные усилия технологов направлены на максимальное сниже­ ние объемной массы растворной составляющей бетона

ности является предельно уплотненный бетой с макси­ мальным содержанием пористого заполнителя.

Впрочем, это правило не всегда справедливо. При использовании для получения конструктивно-теплоизо­ ляционного бетона прочных заполнителей с малой пори­ стостью увеличение содержания последних в бетоне при­ водит к повышению объемной массы бетона. Примене­ ние подобных бетонов может быть оправдано только отсутствием заполнителей необходимой кондиции.

Таким образом, в большинстве районов строительст­ ва в нашей стране главная задача совершенствования качества пористых заполнителей заключается в сниже­ нии их объемной массы, а не в организации производст­ ва специальных высокопрочных сортов для конструктив­ ного бетона.

Выпускаемые в настоящее время пористые заполни­ тели в большинстве случаев более пригодны для произ­ водства конструктивного бетона, чем для применения их в наружных ограждающих конструкциях. Пористые заполнители с плотностью 0,7—0,9 г/см3 с одинаковым успехом могут быть использованы для обеих целей. Оп­ тимальная марка конструктивного легкого бетона на та­ ких заполнителях —150 (по прочности при сжатии). На пористых заполнителях с более высокой плотностью без

может оказаться и применение крупных пористых за­ полнителей плотностью 0,5—0,7 г/см3 при достаточно высоком их качестве. Изготовление конструктивного бе­ тона на таких заполнителях допустимо только при проч­ ности растворной части не менее 150 кгс/см2, что может быть достигнуто лишь при условии интенсивного вибро­ уплотнения бетонной смеси. Марка бетона в этом случае должна быть не менее 100, Применение конструктивно-

37

го бетона марки 100 на малопрочных заполнителях це­

При увеличении проектной прочности легкого бетона его технические преимущества по сравнению с тяжелым постепенно исчезают. Поэтому для производства изгибае­ мых конструкций наиболее целесообразно использовать легкие пористые заполнители плотностью 0,7—1,1 г/см3, свободно обеспечивающие получение конструктивного легкого бетона марок 150—200.

Применение более тяжелых пористых заполнителей может быть оправдано только местными экономически­

ется прочностью его растянутой зоны. Однако расчет бе­ тонной балки в предположении ее упругой работы, исхо­ дя из прочности бетона при осевом растяжении, обычно показывает значительно меньшую несущую способность, чем в действительности.

Исследования результатов испытаний методом, предложенным Фере, показали, что в растянутых зонах изгибаемых бетонных образцов происходит пластическое перераспределение напряжений. В результате этого перераспределения к моменту разрушения образца в значительной степени используется прочность слоев, удаленных от наиболее растянутой грани. Такое пере­ распределение обусловлено нелинейным характером за­ висимости деформаций от напряжений.

Для анализа связи между прочностью бетонных об­ разцов при изгибе и осевом растяжении величину пре­ дельной растяжимости бетона ер можно представить в виде суммы упругих и пластических относительных де­ формаций: е р = е у + е п -

28

Отношение пластических деформаций к моменту раз­ рушения к величине предельной растяжимости бетона на­ зывают коэффициентом пластичности при растяжении %v:

Яр бр.

Величиной упругих деформаций к моменту разруше­ ния условно принято считать отношение предела прочно­ сти бетона при осевом растяжении к начальному моду­ лю упругости:

Е0

сти деформаций ординатам, откладываемым от нейтраль ной оси, можно заключить, что уже на расстоянии

от этой оси напряжение будет

29