книги из ГПНТБ / Иванов И.А. Технология легких бетонов на искусственных пористых заполнителях учеб. пособие

рамзитового гравия, вида песка и требуемой прочности бетона при сжатии показаны на рис. IV. 1.

В литературе легкие бетоны иногда сопоставляют по коэффициенту конструктивного качества (ККК), кото­ рый представляет собой отношение предела прочности бетона при сжатии в кгс/см2 к его объемной массе в кг/м3. Для легких бетонов на различных пористых запол­ нителях значение ККК колеблется в пределах от 0,025 до 0,26, т. е. оно изменяется на один порядок.

Применяя особо пористые заполнители, такие, как перлит, вермикулит, легкий керамзит, можно получать конструктивно-теплоизоляционные бетоны одинаковой прочности, но с разным значением ККК. С ростом проч­ ности, и особенно с переходом к конструктивным бето­ нам марок 200 и выше, разница в величине коэффициен­ та конструктивного качества бетонов на разных пористых заполнителях постепенно уменьшается.

90

Однако поскольку зависимость между прочностью и объемной массой легкого бетона нелинейна пописываю­ щая ее кривая не проходит через начало координат, с увеличением прочности величина ККК непрерывно воз­ растает. Следовательно, подобная характеристика не яв­ ляется универсальной, и она может использоваться лишь для сопоставления бетонов с одинаковой (или близкой) прочностью или объемной массой. В этом случае чем больше значение ККК, тем выше эффективность данно­ го бетона.

бетона. Она предопределяет остальные показатели меха­ нических свойств, а именно: сопротивление растяжению, скалыванию и срезу, сцепление с арматурой.

тяжелых бетонов. Основными технологическими фактора­ ми, влияющими на прочность бетона, являются актив­ ность цемента и водоцементное отношение, условия и длительность твердения, прочность заполнителя, его раз­ мер и характер поверхности. Однако наличие в составе легких бетонов пористых заполнителей приводит к су­ щественному различию в характере влияния отдельных технологических факторов на прочность тяжелых и лег­ ких бетонов.

Прочность плотных заполнителей всегда больше проч­ ности тяжелого бетона. Поэтому прочность тяжелого бе­ тона, по существу, зависит лишь от прочности цементно­ го камня и обусловливается величинами Дц и В/Ц. Проч­ ность же легкого бетона определяется не только прочностью раствора, но и заполнителя. Прочность по­ ристых заполнителей меньше, чем плотных, кроме того, они интенсивно влияют на процесс твердения цементного теста, поглощая и отдавая ему влагу.

Для определения прочности легких бетонов рядом авторов предложены различные формулы.

Наиболее проста формула, выражающая зависимость прочности легкого бетона от активности цемента и вели-

91

чины цементно-водного отношения; в формуле свойства пористых заполнителей и другие особенности легких бе­ тонов учитываются эмпирическими коэффициентами

ности и пористости заполнителя, степени уплотнения бетонной смеси, условии твердения (значения коэффициентов устанавливают для каждого вида бетона опытным путем).

Однако эта формула является приближенной, по­ скольку зависимость прочности бетона от Ц/В в действи­ тельности не линейна. Как было показано Н. А. Поповым, зависимость прочности легкого бетона от величины Ц/В имеет две ветви (рис. IV.2).

Левую часть кривой, представленную восходящим участком, можно условно заменить прямой б (рис. IV.2). Уравнение этой прямой дает приближенную зависимость прочности легкого бетона от величины Ц/В. Угол на­ клона прямой н точка пересечения ее с осью абсцисс будут зависеть главным образом от пористости заполни­ теля и его прочности. Нисходящая ветвь кривой харак­ теризует падение прочности бетона вследствие недостат­ ка воды и пониженной удобоукладываемости бетонной смеси.

Для приближенных расчетов расхода цемента при оп­ ределенном виде пористого заполнителя и постоянной водопотребности можно пользоваться также зависимостью

но с разными расходами цемента и твердевших в тех же условиях, что и легкобетонные изделия.

Зависимость прочности керамзитобетона на сжатие от расхода цемента, по данным К. Вальца, Г. Вишерса, представлена на рис. IV.3. Заштрихованная область ха­ рактеризует расход цемента, который рекомендуется для бетона марок 200—400 кгс/см2. Расход цемента для бето­ на марок более 400 кгс/см2 определяют интерполяцией. Верхняя и нижняя граница заштрихованной области ха­ рактеризуют соответственно расход цемента марок 275 и 475.

92

SOOv

f

93

Рассмотренные формулы позволяют оценить проч­ ность легкого бетона приближенно, так как они не учиты­ вают прочность заполнителя и форму его зерен, гидрав­ лическую активность пылевидной фракции заполнителя и нормальную густоту цементного теста. И. Н. Ахвердов

1 + а К " - Г ( В / Ц ) „ с г - а К „ . г bKn.t

где Л — коэффициент, зависящий от прочности заполнителя; Кс — коэффициент, зависящий от формы зерен крупного заполнителя; г\х — относительное содержание пылевидных фракций в смешанном вяжу­ щем; К п . г — нормальная густота цементного теста; (В/Ц) „ о т — истинное водоцемеитное отношение; a, b — коэффициенты, зависящие от предельного значения В/Ц.

Из формулы следует, что прочность легкого бетона будет меньше, чем у цементного камня, в той мере, в ка­ кой на ее снижение будет влиять совокупность всех ха­ рактеристик исходных материалов.

Имеется ряд формул, показывающих непосредствен­ ную связь прочности легкого бетона с прочностью и деформативностью цементного камня, раствора и заполни­ телей. Для их вывода авторы пользовались общей рас­

£ р а с т в

Формула С. Е. Фрайфельда выведена из предположе­ ния, что разрушение начинается с крупного пористого заполнителя:

R6 = R3

'-Такой расход цемента рекомендуется только при нспользовавысокомарочных цементов н керамзита повышенной прочности.

94

В этих формулах Лраств — фактическая прочность при сжатии

Приведенные уравнения показывают, что в выявлении факторов, влияющих на прочность легкого бетона, не может быть однозначного решения. Последовательность в разрушении компонентов бетона определяется соотно­ шением их прочиостей. Если /? р а отв<^з, правомочно пользоваться формулой Б. Г. Скрамтаева, если же врасти>#з, более верна формула С. Е. Фрайфельда. Оп­ тимальным является тот случай, когда кр&ств—Нз, по­ скольку при этом в равной степени используется как ра­ створная часть, так и заполнитель до самого момента разрушения бетона.

Наиболее полно вопрос о влиянии прочностных и деформативных свойств раствора и пористого заполнителя на прочность легкого бетона освещен в работах А. И. Ва­ ганова. Рассматривая функциональную зависимость прочности бетона от прочности его растворной части (рис. IV.4), он показал, что в отличие от тяжелых бето­ нов, прочность которых пропорциональна прочности ра­ створной части (поэтому эта зависимость представлена прямой), у легких бетонов зависимость Rn=f (^раив) носит криволинейный характер; на кривых различаются два участка. Участок, имеющий прямолинейное очерта­ ние, характеризует первую фазу, в пределах которой уве­ личение прочности растворной части влечет засобой пропорциональный рост прочности бетона. А. И. Вага­ нов полагал, что в этом интервале прочность бетона не зависит от прочности заполнителя.

На второй фазе кривой, имеющей параболический характер, изменение прочности легкого бетона опреде­ ляется предельной деформативностью пористого запол­ нителя. По достижении ее рост прочности и деформативности бетона при повышении прочности растворной части резко замедляется или даже прекращается. Достигну­ тую прочность бетона А. И. Ваганов предложил называть предельной.

Следовательно, на данном пористом заполнителе при неизменном его содержании в бетоне (cp = const) можно приготовить легкий бетон лишь с определенной предель­ ной прочностью. Как видно из рис. IV.4, чем меньше объ-

95

Рис. IV.4. Прочность при сжатии кераызитобетоиа Ra в зави­ симости от предела прочности при сжатии его растворной ча­

Рис. IV.5. Прочность при сжатии аглопоритобетона и керам-

емная масса (меньше прочность) керамзита, тем меньше

ипредельная прочность керамзитобетона.

А.И. Ваганов предлагал при изготовлении легкого бетона использовать такие пористые заполнители, при которых требуемая прочность достигалась бы в преде­

трудно, поскольку многие заводы выпускают пористый заполнитель малой прочности. Приходится поэтому ори­ ентироваться на такие составы бетона, прочность раст­ ворной составляющей для которых соответствует второй фазе. В результате этого легкие бетоны приготовляют с повышенным расходом цемента по сравнению с равно­ прочными тяжелыми.

Исходя из предпосылок теории А. И. Ваганова, мож­ но сопоставить прочностные свойства легких бетонов, приготовленных на различных заполнителях.

На рис. IV.5 приведены кривые Re=f (^раств) для керамзита и аглопорита примерно одинаковой пористо­

указанном пределе прочность бетона определяется проч­ ностью раствора.

При прочности раствора более 250 кгс/см2 на проч­ ность бетона все большее влияние начинают оказывать свойства заполнителя (его прочность, характер поверх­ ности). Благодаря прониканию раствора в открытые по­ ры (кольматации) аглопорит имеет повышенное сцепле­ ние с раствором и за счет этого упрочняется. В результа­ те прочность бетона на аглопорите с увеличением прочности раствора продолжает увеличиваться, в то вре­ мя как для керамзита она достигает некоторого предель­ ного значения1 . Таким образом, на аглопорите при неиз­ менной прочности раствора можно получить более вы­ сокую прочность бетона, чем на керамзите.

Критерием эффективности применения того или ино­ го заполнителя в бетоне является расход цемента, необ­ ходимый для получения требуемой прочности. Анализ приведенных на том же рис. IV.5 функциональных зави-

1 Следует при этом учитывать, что бетоны на аглопорите харак­ теризовались в данном опыте также меньшей объемной концентра­ цией заполнителя (прим. научного редактора).

симостей Re=f {Ц) показывает, что при марке бетона меньше 200 разница в расходе цемента составляет 100кг на 1 м3 в пользу керамзита. При большей прочности бе­ тона разница в расходе цемента начинает резко сокра­

Помимо свойств заполнителя, на прочность легких бетонов влияют особенности условий твердения. Доказа­ но, что в сухих и жарких условиях твердения прочность легких бетонов возрастает более интенсивно, чем у тя­ желых. Специфическое влияние оказывает па прочность легких бетонов и размер испытываемого образца. Изве­ стно, что при сжатии бетон разрушается от расширения в поперечном направлении. Причем этот процесс разви­ вается во времени с образованием, накоплением и ростом микротрещнн, которые имеют преимущественно продоль­ ное расположение (рис. IV.6). В то же время силы тре­ ния образца по опорным плитам пресса, задерживая развитие поперечных деформаций, приводят к так назы­ ваемому эффекту обоймы и увеличивают прочность бе­ тона, которая оказывается тем больше, чем меньше раз­ мер образца.

Однако для легкого бетона невысоких марок, особен­ но крупнопористых, при уменьшении размера образца может наблюдаться не повышение, а снижение прочно­ сти. По мнению И. Н. Ахвердова и С. М. Ицковича, это происходит в результате неравномерного распределения сжимающей нагрузки по площади образца за счет не­ плотной структуры.

Проектной маркой бетона по прочности па сжатие, согласно СНиП, считается временное сопротивление об­ разцов размером 200X200X200 мм. Для легких бетонов, по. данным многих авторов, переходный коэффициент от образцов с ребром 200 мм к образцам с ребром 150 мм близок к 1.

Поэтому для них в соответствии с действующим ГОСТ 11050—64 марку бетона устанавливают непосред­ ственно по результатам испытания образцов размером 150X150X150 мм. В производственных условиях для контроля прочности и объемной массы бетона рекоменду­ ется пользоваться образцами именно этого размера.

Г. Д. Цискрели и ряд других исследователей показа­ ли, что соотношение призменной и кубиковой прочности

98

Нр.кгс/сн2

легких бетонов существенно отличается от Rnp/Якуб тяже­ лых бетонов (0,75—0,78). Результаты статистической об­ работки большого количества опытных данных, получен­ ных при испытании бетонов на естественных и искусст­ венных заполнителях, показывают, что для легких бетонов отношение призменной прочности к кубиковой может быть принято равным 0,9.

С. А. Миронов и Л. А. Малинина отмечают, что отно­ шение Rnv/RKy5 зависит от последующих после тепловой обработки бетона условий хранения. При хранении ке­ рамзитобетона в воздушно-сухих и нормально-влажност- ных условиях отношение Rup/RKyo составляет в среднем 0,85, а в воде— 1,05, тогда как при водонасыщении тяже­ лого бетона значение RnplRays понижается. Эти данные