шпоры итоговый экзамен / 29 вопрос

Водоцементным отношением называют отношение массы воды к массе цемента в свежеизготовленной бетонной смеси, причем учитывают только свободную, не поглощенную заполнителями воду. Прочность бетона прямо пропорциональна прочности цемента. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения более сложная (имеет вид гиперболы - рис. 6.8). Эта зависимость была установлена опытами И. Г. Малюгн (1895 г.), Н. М. Беляева (1927 г) и других советских и зарубежных (Фере, Абраме, Граф) исследователей. Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения объясняется следующими причинами. Известно, что цемент при твердении присоединяет всего 10-25% воды от своей массы в зависимости от качества цемента и срока твердения. В течение первого месяца связывается не более 20% воды от массы цемента. Вместе с тем, для придания бетонной смеси подвижности в нее добавляют воды значительно больше (40-70% массы цемента, B/Ц = 0,4-0,7), так как при В/Ц<0,2 бетонная смесь была бы почти сухой и ее было бы невозможно укладывать в изделие и конструкцию. Избыточная вода, не вступающая в химическую реакцию с цементом, остается в бетоне в виде водяных воздушных пор или испаряется, оставляя на своих местах воздушные поры. В обоих случаях наличие пор ослабляет бетон: чем больше их будет, т. е. чем больше водоцементное отношение, тем ниже прочность бетона. Таким образом, закон водоцементного отношения показывает большое влияние плотности бетона на его прочность.

Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения соблюдается лишь в определенных пределах последнего. При очень низких водоцементных отношениях, даже при повышенных расходах цемента и воды не удается получить достаточно удобообрабатываемых бетонных смесей и необходимой плотности бетона, поэтому зависимость R₆=f (В/Ц) нарушается: с уменьшением В/Ц прочность бетона не увеличивается, а даже начинает уменьшаться (см. рис. 6.8). Определенную роль в снижении прочности бетона в этом случае играет то, что гидратация цемента протекает благоприятно и достаточно полно лишь при некотором избытке воды (в 2-3 раза) по сравнению с тем количеством, которое необходимо для гидратации цемента. Уменьшение этого избытка ниже определенных пределов влечет за собой неполноту гидратации и, следовательно, понижение прочности бетона. Зависимость прочности от водоцементного отношения соблюдается строго лишь при испытании бетона на одинаковых материалах с близкой подвижностью бетонной смеси и при применении одинаковых приемов перемешивания, приготовления и укладки бетона. На прочность бетона, хотя и менее существенное, чем R_цм, заметное влияние оказывают также виды цемента, форма заполнителей, характер их поверхности, способы приготовления образцов и другие факторы. При использовании белитового портландцемента, шлакопортландцемента или пуццоланового портландцемента прочность бетона в возрасте 28 сут при одинаковом водоцементном отношении может быть на 15-20% ниже, чем бетона на обычном портландцементе. Прочность бетона с гравием обычно на 10-20% ниже прочности бетона со щебнем (при одинаковом В/Ц) из-за менее прочного сцепления гравия с цементным раствором. Несколько пониженной прочностью иногда обладают бетоны на мелких песках. Заметное влияние на прочность бетона оказывают химические добавки. Прочность зерен заполнителей не имеет значения, если она выше прочности цементного камня. В этом случае бетон разрушается по наиболее слабому месту - цементному камню. На практике часто используют зависимость прочности не от водоцементного, а от цементно-водного отношения Ц/В. Эта зависимость показана на рис. 6.9. При Ц/В в пределах 1-3,3, которое наиболее часто встречается при приготовлении бетона, эту кривую можно заменить двумя прямыми. Тогда для расчетов можно использовать следующие формулы:  а) для бетонов с Ц/В<2,5 (В/Ц>0,4)

   (6.2)

б) для бетонов с Ц/В>2,5 (В/Ц<0,4)

   (6.3)

где R_b - прочность бетона нормального твердения в возрасте 28 сут (образцы 15X15X15 см); R_ц - активность цемента; А и А₁ -эмпирические коэффициенты, учитывающие влияние на прочность бетона заполнителей и других факторов.  Значение коэффициентов А и А₁ принимают по табл. 6.7. Высококачественными материалами являются: щебень из плотных горных пород высокой прочности, песок хорошего зернового состава, портландцемент высокой активности, без добавок или с минимальным количеством гидравлической добавки. Заполнители должны быть чистыми, промытыми, фракционированными с оптимальным зерновым составом смеси фракций. Рядовые материалы: заполнители среднего качества, отвечающие требованиям ГОСТ, в том числе гравий, портландцемент средней активности или высокопрочный шлакопортландцемент. Материалы пониженного качества: крупные заполнители низкой прочности и мелкие пески, цементы низкой активности. При проектировании состава бетона наиболее часто используют формулу (6.2). Формулу (6.3) применяют при А=0,65 и R_в>1,3R_ц; при A=0,6 и R_b>1,3 R_ц; при A=0,6 и R_b>1.2R_ц. Формулы зависимости прочности бетона от цементно-водного отношения справедливы только для бетона, уложенного совершенно плотно. Закон прочности бетона и выражающие его формулы и графики позволяют решать две практические задачи: первая - при известных прочности цемента и водоцементном отношении можно заранее определить прочность, приобретаемую бетоном через 28 сут, вторая - при заданной прочности