Вопрос 29

В структуре бетона выделяют три элемента: цементный камень, заполнитель и зону контакта между ними. Количественные соотношения и качественное различие этих элементов предопределяют характер структуры и свойства бетона. Различают макро- и микроструктуру бетона.

Макроструктура характеризует строение бетона как искусственного конгломерата и зависит от соотношения между компонентами бетона, а также однородности их распределения. Учитывают и воздушные пустоты, возникающие вследствие недоуплотнения бетонной смеси. Большое влияние на свойства бетона оказывают также усадочные трещины, образующиеся в процессе твердения в цементном камне и контактной зоне и нарушающие монолитность бетона.

Микроструктура затвердевшего бетона характеризуется составом и строением твердого вещества, размером и характером пор, а также строением контактной зоны между заполнителем и цементным камнем. Цементный камень скрепляет все компоненты бетона в единое целое. Поэтому к важнейшим свойствам, определяющим качество цементного камня, относятся прочность и адгезия, т.е. способность к сцеплению с зернами заполнителя. В состав цементного камня входят продукты гидратации цемента и многочисленные включения в виде негидра-тированных зерен клинкера и минеральных добавок. Продукты гидратации представлены в основном мельчайшими кристаллами гидросиликатов кальция и, кроме того, более крупными кристаллами гидроксида кальция.

Основными показателями качества тяжелого бетона являются прочность на сжатие и растяжение, морозостойкость, водонепроницаемость.

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классами прочности на сжатие и осевое растяжение. Отличительная особенность бетонных работ — значительная неоднородность получаемого бетона. Чем выше культура строительства, лучше качество приготовления и укладки бетона в конструкции, тем меньше будут возможные колебания прочности. Следовательно, важно не только получить бетон с заданной средней прочностью, но и обеспечить ее во всем объеме изготовляемых конструкций.

Показателем, который учитывает возможные колебания качества, является класс бетона. Класс бетона — зто численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается хотя бы в 95 случаях из 100. Понятие "класс бетона" позволяет назначать прочность с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же его средней прочности. ГОСТ 26633—85 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие: 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 35; 40; 45; 50; 55 и 60. Класс по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В, справа от которой приписывают его прочность в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

На растяжение бетон работает намного хуже, чем на сжатие: предел прочности при растяжении в 10...20 раз меньше предела прочности при сжатии. Для повышения несущей способности, в особенности при изгибе и растяжении, бетон сочетают со стальной арматурой, изготовляя железобетонные конструкции.

Марка по прочности на сжатие — наиболее распространенная характеристика бетона. Марку определяют испытанием на осевое сжатие бетонных образцов-кубов размерами 15X15X15 см. Полученный при испытании предел прочности при сжатии, выраженный в кгс/см2, является численной характеристикой марки.

Установлены следующие марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: 50; 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350,400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. В обозначении используют индекс "М". Например, марка бетона М200 означает, что его предел прочности при сжатии не менее 200 кгс/см2. По прочности на осевое растяжение тяжелый бетон может быть следующих марок (кгс/см2): Pf 5, Р, 10, Рг 15, Pf 20, Pf 25, Pf 30, Pf 35, Pf40, P,45, Pr50.

Бетон для изготовления изгибаемых железобетонных конструкции дополнительно характеризуют марками по прочности на растяжение при изгибе: Ри5, РИ10, Ри15, Ри20, Ри25, Ри30, Ри35, Ри40, Ри45, Ри50, Ри55, Ри60, Ри65, Ри70, Ри80, Ри90,Ри100.

Низкая прочность бетона объясняется многочисленными крупными воздушными пустотами, кавернами, неплотностями, которые возникают вследствие чрезмерно высокой (для данного способа уплотнения) вязкости цементного теста и недостаточного его объема. По мере увеличения расхода воды объем теста возрастает, а его вязкость снижается, так что возможно уложить смесь весьма плотно, с наименьшим числом дефектов. Максимум на кривой прочности соответствует оптимальному для данного способа уплотнения расходу воды, при котором смесь укладывается наиболее плотно. При большем расходе воды бетонная смесь укладывается так же плотно, однако прочность бетона уменьшается вследствие того, что лишь часть добавляемой воды (15...20% от массы цемента) связывается.

В плотноуложенном бетоне возникновение пор связано с физико- химическими процессами твердения цемента, а также с испарением воды, которая не связывается в новообразования. Следовательно, пористость такого бетона обусловлена в основном пористостью цементного камня. Избыток воды образует в бетоне множество тонких капиллярных пор и полостей, поэтому плотность и прочность бетона снижаются.

Прочность бетона окажется тем выше, чем лучше заполнители, выше марка цемента и больше значение Ц/В. При постоянном расходе цемента прочность бетона с увеличением расхода воды уменьшается, а с уменьшением расхода воды увеличивается.

Марку по морозостойкости назначают и контролируют для бетона в конструкциях, подвергающихся в увлажненном состоянии действию попеременного замораживания и оттаивания (например, в гидротехнических сооружениях, дорожных и аэродромных покрытиях). Установлены следующие марки тяжелого бетона по морозостойкости (в циклах) : F50, F75, F100, F150, F200, F300, F400, F500, F600, F800 и F1000. Марку по водонепроницаемости назначают для бетона конструкций, которые должны обладать ограниченной проницаемостью при одностороннем давлении воды. Установлены следующие марки по водонепроницаемости (в кгс/см2): W2, W4, W6, W8, W10, W12.W16, W18 и W20.