Твердение и прочность бетона

Применительно к бетону, твердеющему в нормальных условиях, Абрамс установил зависимость его прочности от водоцементного отношения и прочности цемента. При При этом зависимость прочности бетона (Rб) от этих факторов (В/Ц и Rц) графически изображается кривой типа гиперболы.

Боломей, приняв в качестве аргументации величину, обратную В/Ц, т. е. Ц/В, придал функции Rб линейную форму. По Боломею (в переработке А.И. Яшвили), связь между прочностью бетона Ц/В и Rц имеет вид

где а и в - экспериментальные коэффициенты.

Многочисленные испытания подтверждают линейный характер этой зависимости при наличии прочных заполнителей, хорошем уплотнении смеси и применяемых на практике значений В/Ц. Для примера на рис. 16 показаны результаты испытания бетонных образцов, приготовленных из одних и тех же материалов одних и тех же составов при равных Ц/В, но с различной степенью уплотнения смесей. В одном случае все смеси вибрировались в формах, прикрепленных струбциной, и зависимость Rб-Ц/В оказалась прямолинейной. В другом случае уплотнение вели без крепления форм к виброплошадке и указанная функция оказалась не прямолинейной.

Осреднением экспериментальных данных при определении прочности цемента в пластичном растворе (по ГОСТ 310-60) значения коэффициентов а и в принимаются равными 0,45 и 0,4 соответственно. Однако многочисленные опыты показывают, что даже цементы одной и той же марки обусловливают различное положение прямой Rб - Ц/ В в принятой системе координат. Таким образом, коэффициенты а и в в формуле (4) непостоянны. Объясняется это тем, что цементы отличаются между собой по минералогии тонкости помола, вводимым добавкам и качеству обжига клинкера. Кроме того, при постоянных значениях коэффициентов не учитывается влияние крупного заполнителя на прочность бетона. А оно определяется как прочностью заполнителя, так и его расходом в бетоне.

Если бетон изготовлен на недостаточно прочном заполнителе и не обладающим необходимым сцеплением с цеместным камнем, то его прочность будет значительно понижена по сравнению с прочностью бетона, изготовленного на высококачественных заполнителях. Прочность такого бетона будет равна прочности цементного камня. При большом расходе малопрочного заполнителя прочность бетона будет меньше прочности цементного камня в результате того, что последний будет работать как материал, сечение которого ослаблено заполнителем.

Однако при использовании заполнителей, обладающих хорошим сцеплением с цементным камнем и собственной высокой прочностью, прочность бетона возрастает с увеличением их содержания (рис. 17). Ведь известно, что при склеивании материалов прочность тем больше, чем меньше слой клея, если прочность его заметно уступает прочности склеиваемого материала. В противном случае увеличение содержания непрочно склеиваемого материала будет приводить к неуклонному падению прочности, что и видно из данных рис. 17 применительно к бетону на слабом известняковом щебне.

Как видно (см. рис. 17), на известняковом щебне прочностью 200 кгс/см2 трудно получить бетон марки выше 200. Опыты показывают, что применяемый для бетона щебень должен иметь прочность по крайней мере в 1,1 раза выше его марки.

При плотном (контактном) расположении зерен крупного заполнителя вследствие усадки растворной части в бетоне появляются значительные растягивающие напряжения, приводящие к появлению микротрещии, что наиболее заметно сказывается на прочности его на растяжение и растяжение при изгибе. Наиболее значительное снижение прочности наблюдается в бетонах с большим содержанием прочных крупных заполнителей и особенно из изверженных пород (табл. 4). Поэтому необходимо ограничивать расход крупного заполнителя (не более 850 л/м3).

Таким образом, формула (4) может применяться лишь для установления приближенного значения Ц/В. По рис. 17 уже можно было сделать вывод о том, что чем выше марка бетона (меньше В/Ц), тем больше разброс прочности бетона в зависимости от применяемого заполнителя при одном и том же его расходе, т. е. чем больше марка бетона, тем менее достоверны результаты расчета по формуле при осредненных коэффициентах. Поэтому формулой (4) можно с большей достоверностью пользоваться лишь при расчетах состава бетона невысокой прочности, например марок до 200 включительно, с последующей проверкой полученного Ц/В опытом. В бетонах более высоких марок требуется определять Ц/В только из опыта с теми материалами, которые будут применяться. Для этой цели разработана оригинальная ускоренная методика назначения Ц/В.

Определение Ц/В при подборе состава бетона решает главную задачу - получение бетона требуемой марки. Для установления второго показателя» который обычно регламентируется - консистенции бетонной смеси, необходимо при найденном Ц/В увеличить или уменьшить расход цементного теста (цемент + вода) до получения смеси заданной консистенции.

Здесь уместно отметить, что если марка бетона определяется только величиной В/Ц, то темп его твердения зависит и от консистенции смеси. Из рис. 18 видно, что бетон, приготовленный из одних и тех же материалов и при одном и том же В/Ц, твердеет тем интенсивнее, чем меньше подвижность смеси. Однако в дальнейшем прочность его при одинаковом В/Ц независимо от консистенции укладываемой смеси становится одинаковой (при условии, что при укладке смеси не расслаиваются).

Объясняется это тем, что в жестких смесях с повышенным расходом заполнителей значительная часть воды сначала адсорбционно связывается поверхностью заполнителей. В результате как бы уменьшается количество воды, приходящейся на долю затворения цемента, т. е. как бы уменьшается значение В/Ц. По мере увеличения количества продуктов гидратации, характеризующихся большой удельной поверхностью, основная часть воды химически и адсорбционно связывается продуктами гидратации.

Таким образом, прочность бетона зависит от В/Ц, марки цемента, качества и расхода заполнителя, а интенсивность его твердения от вида и марки цемента, а также от В/ Ц и консистенции бетонной смеси. Одним из важнейших факторов, влияющих на прочность и интенсивность твердения бетона, являются температурно-влажностные условия.