Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Прочность легких бегонов

16.04.2019


Прочность на сжатие — наиболее важная характеристика механических свойств легких бетонов, поскольку в зависимости от ее величины устанавливается марка бетона. Она предопределяет остальные показатели механических свойств, а именно: сопротивление растяжению, скалыванию и срезу, сцепление с арматурой.

Изменение прочности легких бетонов подчиняется тем же закономерностям, которые установлены и для тяжелых бетонов. Основными технологическими факторами, влияющими на прочность бетона, являются активность цемента и водоцементное отношение, условия и длительность твердения, прочность заполнителя, его размер и характер поверхности. Однако наличие в составе легких бетонов пористых заполнителей приводит к существенному различию в характере влияния отдельных технологических факторов на прочность тяжелых и легких бетонов.

Прочность плотных заполнителей всегда больше прочности тяжелого бетона. Поэтому прочность тяжелого бетона, по существу, зависит лишь от прочности цементного камня и обусловливается величинами Rц и В/Ц. Прочность же легкого бетона определяется не только прочностью раствора, но и заполнителя. Прочность пористых 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 величины цементно-водного отношения; в формуле свойства пористых заполнителей и другие особенности легких бетонов учитываются эмпирическими коэффициентами
Прочность легких бегонов

Однако эта формула является приближенной, поскольку зависимость прочности бетона от Ц/В в действительности не линейна. Как было показано Н.А. Поповым, зависимость прочности легкого бетона от величины ЩВ имеет две ветви (рис. 4.2).

Левую часть кривой, представленную восходящим участком, можно условно заменить прямой 6 (рис. 4.2). Уравнение этой прямой дает приближенную зависимость прочности легкого бетона от величины Ц/В. Угол наклона прямой и точка пересечения ее с осью абсцисс будут зависеть главным образом от пористости заполнителя и его прочности. Нисходящая ветвь кривой характеризует падение прочности бетона вследствие недостатка воды и пониженной удобоукладываемости бетонной смеси.

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

Зависимость прочности керамзитобетона на сжатие от расхода цемента, по данным К. Вальца, Г. Вишерса, представлена на рис. 4.3. Заштрихованная область характеризует расход цемента, который рекомендуется для бетона марок 200—400 кгс/см2. Расход цемента для бетона марок более 400 кгс/см2 определяют интерполяцией. Верхняя и нижняя граница заштрихованной области характеризуют соответственно расход цемента марок 275 и 475.

Для керамзитобетона марки 300 расход цемента в среднем составляет около 350 кг/м2, а для марки 450— около 450 кг/м3.

Рассмотренные формулы позволяют оценить прочность легкого бетона приближенно, так как они не учитывают прочность заполнителя и форму его зерен, гидравлическую активность пылевидной фракции заполнителя и нормальную густоту цементного теста. И.Н. Ахвердов предложил более универсальную формулу прочности легкого бетона

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

Имеется ряд формул, показывающих непосредственную связь прочности легкого бетона с прочностью и дефор мативностью цементного камня, раствора и заполнителей. Для их вывода авторы пользовались общей расчетной схемой бетона, в которой учтены прочностные и деформативные свойства составляющих и объемы (площади), занимаемые ими в бетоне.

Исходя из этой схемы, Б.Г. Скрамтаев предложил соответствующую формулу, полагая, что разрушение легкого бетона начинается с растворной части:

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

Приведенные уравнения показывают, что в выявлении факторов, влияющих на прочность легкого бетона, не может быть однозначного решения. Последовательность и разрушении компонентов бетона определяется соотношением их прочностей. Если RраствRз, более верна формула С.Е. Фрайфельда. Оптимальным является тот случай, когда Rpacтв = Rз, поскольку при этом в равной степени используется как растворная 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. Вагапова. Рассматривая функциональную зависимость прочности бетона от прочности его растворной части (рис, 4.4), он показал, что в отличие от тяжелых бетонов, прочность которых пропорциональна прочности растворной части (поэтому эта зависимость представлена прямой), у легких бетонов зависимость Rб = f (Rраств) носит криволинейный характер; на кривых различаются два участка. Участок, имеющий прямолинейное очертание, характеризует первую фазу, в пределах которой увеличение прочности растворной части влечет за собой пропорциональный рост прочности бетона. А.И. Ваганов полагал, что в этом интервале прочность бетона не зависит от прочности заполнителя.

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

Следовательно, на данном пористом заполнителе при неизменном его содержании в бетоне (ф = const) можно приготовить легкий бетон лишь с определенной предельной прочностью. Как видно из рис. 4.4, чем меньше объемная масса (меньше прочность) керамзита, тем меньше и предельная прочность керамзитобетона.

А.И. Ваганов предлагал при изготовлении легкого бетона использовать такие пористые заполнители, при которых требуемая прочность достигалась бы в пределах первой фазы кривой Rб = f(Rраств.) Однако в большинстве случаев выполнить эту рекомендацию весьма трудно, поскольку многие заводы выпускают пористый заполнитель малой прочности. Приходится поэтому ориентироваться на такие составы бетона, прочность растворной составляющей для которых соответствует второй фазе. В результате этого легкие бетоны приготовляют с повышенным расходом цемента по сравнению с равнопрочными тяжелыми.

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

На рис. 4.5 приведены кривые Rб = f(Rраств) для керамзита и аглопорита примерно одинаковой пористости, полученных из одного глинистого сырья. При прочности раствора ниже 250 кгс/см2 вид заполнителя не влияет на характер зависимости Rб = f(Rраств), так как в указанном пределе прочность бетона определяется прочностью раствора.

При прочности раствора более 250 кгс/см2 на прочность бетона все большее влияние начинают оказывать свойства заполнителя (его прочность, характер поверхности), Благодаря прониканию раствора в открытые поры (кольматации) аглопорит имеет повышенное сцепление с раствором и за счет этого упрочняется. В результате прочность бетона на аглопорите с увеличением прочности раствора продолжает увеличиваться, в то время как для керамзита она достигает некоторого предельного значения. Таким образом, на аглопорите при неизменной прочности раствора можно получить более высокую прочность бетона, чем на керамзите.

Критерием эффективности применения того или иного заполнителя в бетоне является расход цемента, необходимый для получения требуемой прочности. Анализ приведенных на том же рис. 4.5 функциональных зависимостей Rб = f(Ц) показывает, чти при марке бетона меньше 200 разница в расходе цемента составляет 100кг на 1 м3 в пользу керамзита. При большей прочности бетона разница в расходе цемента начинает резко сокращаться, и по достижении прочности бетона 250—275 кгс/см2 керамзит уже не имеет преимущества перед аглопоритом.

Помимо свойств заполнителя, на прочность легких бетонов влияют особенности условий твердения. Доказано, что в сухих и жарких условиях твердения прочность легких бетонов возрастает более интенсивно, чем у тяжелых. Специфическое влияние оказывает па прочность легких бетонов и размер испытываемого образца. Известно, что при сжатии бетон разрушается от расширения в поперечном направлении. Причем этот процесс развивается во времени с образованием, накоплением и ростом микротрещин, которые имеют преимущественно продольное расположение (рис. 4.6). В то же время силы трения образца по опорным плитам пресса, задерживая развитие поперечных деформации, приводят к так называемому эффекту обоймы и увеличивают прочность бетона, которая оказывается тем больше, чем меньше размер образца.

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

Проектной маркой бетона по прочности па сжатие, согласно СНиП, считается временное сопротивление образцов 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 непосредственно по результатам испытания образцов размером 150х150х160 мм. В производственных условиях для контроля прочности и объемной массы бетона рекомендуется пользоваться образцами именно этого размера.

Г.Д. Цискрели и ряд других исследователей показали, что соотношение призменной и кубиковой прочности легких бетонов существенно отличается от Rпр/Rкуб тяжелых бетонов (0,75—0,78). Результаты статистической обработки большого количества опытных данных, полученных при испытании бетонов на естественных и искусственных 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 отношение Rпр/Rкуб зависит от последующих после тепловой обработки бетона условий хранения. При хранении керамзитобетона в воздушно-сухих и нормально-влажностных условиях отношение Rпр/Rкуб составляет в среднем 0,85, а в воде — 1,05, тогда как при водонасыщении тяжелого бетона значение Rпр/Rкуб понижается. Эти данные хорошо согласуются с результатами, полученными при исследовании керамзита в Пензенском инженерно-строительном институте. Доказано положительное влияние длительного контактирования керамзита с водой, которое, вероятно, приводит к релаксации начальных напряжений и не снижает его прочности.

Прочность на растяжение легких бетонов зависит прежде всего от прочности на сжатие. Н.А Корнев отмечает, что значения прочности на растяжение керамзитобетона и аглопоритобетона близки; в ряде случаев они несколько ниже нормируемой прочности на растяжение для тяжелого бетона тех же марок. К аналогичному выводу приходят Г.Д. Цискрели и A.B. Пирадов. По их данным прочность при растяжении бетона и а плотных заполнителях с повышением марки возрастает более интенсивно, чем на пористых (рис. 4.7). Это, вероятно, объясняется влиянием дефектов, имеющихся в зернах пористых заполнителей, которые сказываются в значительно большей степени при растяжении, чем при сжатии бетона.

Предел прочности на растяжение при изгибе примерно на 60—80% выше прочности при осевом растяжении. Чем ниже марка бетона при сжатии, тем более высокую относительную прочность на растяжение он показывает при изгибе:

Прочность при срезе легкого бетона Rср может быть ориентировочно вычислена по эмпирическим формулам. Рекомендуется пользоваться формулой Rср = 2VRб, исходя из известной марки бетона по прочности на сжатие, или формулой Rср=1,57 Rр, если известна прочность бетона при осевом растяжении.

Сцепление с арматурой. Прочность сцепления легкого бетона с арматурой так же, как и тяжелого, колеблется в пределах от 25 до 40 кгс/см2. По мере увеличения расхода цемента отношение Rсц/Rб, а следовательно, и прочность сцепления снижается. Это объясняется большими деформациями бетона, вызванными повышенным расходом цемента, при изменении влажности окружающей среды.

Основные механические характеристики легких бетонов указаны в CHиП 11-А.10-62 и СНнП II-В, I-62 (табл. 4.3).


Имя:*
E-Mail:
Комментарий: