Основной закон прочности бетона

Обновлено: 17.05.2024

Основной закон прочности бетона

Цемент при твердении химически связывает не более 20-25% воды от своей массы. Фактически же для обеспечения необходимой подвижности бетонной смеси берут 40-80% воды. Вода необходима также для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя. Свободная, химически не связанная вода образует в бетоне поры. Чем больше пор, тем ниже будет прочность бетона.

Исследованиями была установлена следующая зависимость:

где: R_б - прочность бетона, R_{ц -} марка (активность) цемента, В/Ц - водоцементное отношение, к и n - коэффициенты, зависящие от вида бетона и качества заполнителей (к=3,5 для щебня и 4 для гравия, n=1,5 для тяжелого бетона).

На практике при подборе состава бетона пользуются линейной зависимостью:

R_б = А R_ц (Ц/В b) (формула И.Боломея-Б.Г.Скрамтаева),

где А - коэффициент, учитывающий качество заполнителей (0,65; 0,6 и 0,55), b - постоянный коэффициент (для Ц/В =1,4-2,5 b=-0,5, а для Ц/В=2,5-3,3 b=+0,5). Бетоны с высоким цементно-водным отношением относятся к высокопрочным бетонам.

При расчете состава бетона используют также:

- уравнение абсолютных объемов:

Ц/ _ц+ В/ _в+ П/ _п+ К / _к = 1000 дм 3 , где Ц, В, П, К - расходы на 1м 3 бетона соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг; _ц, _в, _п, _к - истинная плотность зерен этих материалов, кг/дм 3 и

- уравнение, показывающее, что в плотно уложенном бетоне пустоты между зернами крупного заполнителя должны быть заполнены цементно-песчаным раствором с учетом некоторой раздвижки зерен:

Ц/ _ц+ В/ _в+ П/ _п= К / _нк. a_к .к_{разд ,} где _нк – насыпная плотность крупного заполнителя, кг/дм 3 ; a_к – пустотность крупного заполнителя; к_разд - коэффициент раздвижки зерен заполнителя.

Маркабетона по прочности - числовая характеристика, определяемая испытанием на одноосное сжатие стандартных образцов-кубов с ребром 150 мм, изготовленных из бетонной смеси рабочего состава и испытанных в возрасте 28 сут. после твердения в нормальных условиях. (М100, М150 . М800, кгс/см 2 - для тяжелых бетонов).

Классбетона (В) - числовая характеристика, определяемая величиной гарантированной прочности с обеспеченностью 0,95. Это значит, что заданная прочность достигается в 95 случаях из 100.

Стандарт устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): В3,5; В5; В7,5; . В60. Для перехода от класса бетона В к средней прочности бетона - марке (при нормативном коэффициенте вариации 13,5%) следует применять формулу:

Деформативные свойства. Под нагрузкой бетон ведет себя как упруго-вязко-пластичное тело. При небольших напряжениях бетон деформируется как упругий материал, а при больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация. Ползучесть - способность бетона к увеличению деформаций под действием постоянной нагрузки какого-либо вида сжатия, растяжения, изгиба. Деформации ползучести затухают через несколько лет эксплуатации конструкции.

Усадка и набухание связаны с физико-химическими процессами, происходящими в бетоне при твердении, и изменением его влажности. Усадка у бетонов колеблется в основном от 0,2 до 0,4 мм/м в годичном возрастн; величина набухания значительно меньше.

Сцепление с арматурой для тяжелого бетона на портландцементе составляет примерно 15-20% предела прочности бетона при сжатии в возрасте 28 сут.

Водонепроницаемостьбетона зависит от проницаемости цементного камня, заполнителя и контактной зоны. Характеризуется маркой по водонепроницаемости (МПа): W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; W1,2.

Морозостойкость определяет долговечность бетона и зависит от качества использованных материалов и капиллярно-пористой структуры бетона. Марки по морозостойкости: F50, F75. F500.

Теплопроводность изменяется от 1,3-1,7 Вт/(м. 0 С) для тяжелых бетонов до 0,2-0,7 Вт/(м. 0 С) для легких бетонов.

Коэффициент линейного температурного расширения (КЛТР) тяжелого бетона (10-12) . 10 -6 0 С -1 близок к КЛТР стали, что обеспечивает совместимость термических деформаций бетона и арматуры.

ОСНОВНОЙ ЗАКОН ПРОЧНОСТИ БЕТОНА

ЧЄСКИ СВЯЗЫВает не более ном Расходе цемента и способе уплотнения):

20 25 % ВОДЫ ОТ СВОеЙ ^ — слишком жесткие недоуплотненные бетонные смеси;

гг гг 2 — смеси с оптимальным количеством воды затворения

МасСЫ. Но ЧТООЫ обеспе - (Вопт); 3— подвижные смеси; 4— литые бетонные смеси

читъ необходимую пластичность цементного теста и, соответственно, подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40. 80 % воды от массы цемента. Вода, кроме того, необходима для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя: большая удельная поверхность заполнителя требует большего расхода воды (см. § 10.2). Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.

С другой стороны, если не обеспечить необходимую удобоуклады - ваемость бетонной смеси, соответствующую принятому в данном конкретном случае методу уплотнения, то из-за недоуплотнения в структуре бетона появятся крупные пустоты и участки с нарушенной связью «цементный камень — заполнитель», что приведет к резкому снижению прочности бетона.

Экспериментально кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (В) при постоянном расходе цемента (Ц) (т. е. фактически от В/Ц) и при одинаковом методе уплотнения (рис. 12.5) подтверждает сказанное выше. Левая ветвь кривой отвечает недоуп - лотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения до известного предела бетонная смесь укладывается плотнее, уменьшается объем пустот, а прочность бетона повышается. При оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую прочность и плотность, что соответствует максимуму на кривой прочности.

Рис. 12.6. Фактическая зависимость Рис. 12.7. Прочность бетона на сжатие Прочности бетона Rt от цементно-водно - Ль как функция Ц/В и марки цемента го отношения (Ц/В) кп'.

вО МПа; 2 — = 55 МПа;

- ; І — Лц = 50 МПа; 4

Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвижность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается цементом, а избыток ее образует в бетоне поры — и в результате прочность бетона понижается (правая ветвь кривой).

Для каждой бетонной смеси существует оптимальное количество воды, которое позволяет получить при данном способе уплот - Jt; нения бетон с минимальной пористостью и наибольшей прочностью.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен запол - нителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих равных условиях прочнее бетона на гравии. В обобщенном виде этот показатель именуется коэффициентом качества заполнителей (А), а его численные значения приводятся ниже (см. лабораторную работу № 9).

Высказанные теоретические предпосылки были положены в основу экспериментальных исследований зависимости прочности бетона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителей (под прочностью здесь и далее подразумевается марочная прочность, т. е. прочность после 28 сут твердения в стандартных условиях). Полученные экспериментальные зависимости R - (Ц/В) представляют довольно сложную кривую, имеющую точку перегиба (рис. 12.6). С некоторым приближением эту кривую в реальном интервале Ц/В (от 1,4 до 3,3) можно аппроксимировать двумя прямыми, описываемыми уравнением вида

Приведенная формула предложена И. Боломеем и уточнена Б. Г. Скрамтаевым. Она выражает основной закон прочности бетона и используется для определения состава бетона по заданным параметрам.

Для обычных бетонов (марок ниже М500) в интервале Ц/В = =1,4. 2,5 формула Боломея — Скрамтаева имеет вид

а для высокопрочных бетонов при Ц/В = 2,5. 3,3 ' '

В графическом виде закон прочности бетона представлен на рис. 12.7.

Эта зависимость справедлива лишь при условии обеспечения плотной укладки бетонной смеси. Использование этой формулы при расчете состава бетона дано в лабораторной работе № 9.

§ 2. Формулы и графики, выражающие зависимость прочности бетона от основных факторов

Для бетонов, различающихся по расходу цемента, получают ряд кривых, подобных приведенным на рис. 66.

Кривая объединяющая точки с оптимальными частными значениями В/Ц, выражает общую зависимость прочности бетона слитного строения от В/Ц. Она представляет гиперболу, отвечающую формуле Н. М. Беляева

Рис. 67. Зависимость прочности тяжелого бетона от Ц/В при разных марках цемента

Формулой прочности бетона можно пользоваться только применительно к плотно уложенным бетонам, которые изготовляют из портландцемента, воды и заполнителей, удовлетворяющих требованиям стандартов.

При высококачественных заполнителях (щебень из плотных изверженных горных пород, крупный песок с минимальным содержанием вредных примесей) Л = 0,65; для рядовых заполнителей Л = 0,6; при применении заполнителей пониженного качества Л = 0,55.

Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула

В этой формуле для высококачественных заполнителей A = 0,43, для рядовых Л-= 0,4.

Формулы и графики используют в расчете состава бетона, который проверяют и уточняют с помощью пробного замеса.

Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы. Только параметры А и Ь, входящие в формулу прочности, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.

§ 1. Физический смысл закона прочности бетона

Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой (Rn), качество заполнителя коэффициентом А, а пористость косвенно определяется величиной водоцементного отношения В/Ц. Зависимость прочности от В/Ц является в сущности зависимостью прочности от объема пор, образованных водой, не вступающей в химическое взаимодействие с цементом.

Исследованиями И. Г. Малюги и Н. М. Беляева было установлено, что прочность плотно уложенного бетона прямо пропорциональна прочности цемента и обратно пропорциональна водоцементному отношению. Теория прочности бетона обоснована в трудах Б. Г. Скрамтаева и Н. А. Попова и получила развитие в работах И. Н. Ахвердова, Ю. М. Баженова, О. Я. Берга, И. А. Рыбьева и других советских ученых.

Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при постоянном расходе цемента и способе уплотнения), приведенная на рис. 65, характеризует физический смысл закона прочности.

Левая ветвь кривой принадлежит недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения, т. е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее, и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности. Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвижность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается вяжущим и поэтому образует в бетоне водяные полости: объем пор в бетоне возрастает, а прочность бетона понижается соответственно правой ветви кривой. Таким образом, для каждой смеси имеется

количества воды, которое позволяет получить при данном способе уплотнения бетон слитного строения с минимальной пористостью, а следовательно, с наибольшей прочностью.

§ 1. Физический смысл закона прочности бетона
Copyright © "Строим Домик" 2007 — 2021

Основной закон прочности бетона. Формулы, графики

Прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами:

• прочностью затвердевшего цементного камня;

• прочностью его сцепления с заполнителем.

З-н прочности бетона устанавливает зав-ть прочности от кач применяемых мат и пористости бетона. Прочность вяж хар его маркой( Rц), кач зап-теля к-нтом А, а пористость косвенно опред велич водо-цем отн В/Ц. Зав-ть прочности от В/ц явл в сущности зав-тью прочности от объема пор, образов водой, не вступ в хим вз с цем.

Пористость бетона плотной ст-ры:

В, Ц расх воды и цем, w-кол-во хим связ воды

Рис. 66. Обобщенный график изменения прочности бетона: тяжелый бетон; б — легкий бетон (заполнитель — керамзит); Уц т — объемная концентрация цементного камня

Гиперболическую формулу прочности бетона можно преобразовать в более простую формулу

Рис. 67. Зависимость прочности тяжелого бетона от Ц/В при разных марках цемента

Скрамтаева — Боломея, если выразить Re в зависимости от цементноводного отношения. Зависимость прочности бетона от величины Ц/В в общем виде выражается довольно сложной кривой. Для практических целей эту кривую заменяют двумя прямыми и соответственно получают две формулы: для бетона с Ц/В =1,4 — 2,5 и высокопрочных бетонов с Ц/В> >2,5 (рис. 67).

Для обычных бетонов с Ц/В=1,4 — 2,5 формула прочности принимает вид

Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула

В этой формуле для высококачественных заполнителей A = 0,43, для рядовых Л-= 0,4.

101. В чем сост физ смысл осн з-на прочности бетона?

Пористость бетона плотной ст-ры:

В, Ц расх воды и цем, w-кол-во хим связ воды

102. Что такое класс бетона по прочности? Как его определить?

Класс- числовая хар-ка какого-либо св бетона, примен с гарант обеспеченностью 0,95. Это значит, что устан классом св-во обесп не менее чем в 95 случаях их 100 и лишь в 5-ти можно ожидать его не вып.

· класс бетона B 7.5, B 10, B 12.5, B 15, B 20, B 22.5, B 25, B 30, B 35, B 40 Полный диапазон классов от В 3.5 до B 80. Основной диапазон B7.5-B40.

Rn- прочн бетона в возр n суток

n-число дней твердения

103, В чем сост причины неоднородности прочности бетона?

Основными причинами неоднородности бетонной или растворной смеси являются изменчивость активности цемента и загрязненность заполнителей. Седиментация бетонной смеси является причиной неоднородности бетона по плотности, прочности и деформативности как по высоте поперечного сечения, так и по длине элементов. На изменчивость механических характеристик бетона ощутимое влияние оказывают условия его твердения, предварительные напряжения и другие факторы. Изменчивость характеристик растянутого бетона больше, чем сжатого, примерно в 1,5 раза.

104. Как опред прочность бетона на сжатие по базовому методу?

При испытании бетона на сжатие образцы изгот в виде кубов и цилиндров диаметром 70, 100, 150, 200, 300,мм высота должна быть в 2раза больше.

Формы для образцов изгот из стали или др плотных мат с низким водопоглощ, малой деформативностью. Образцы, отформованные из бетонной смеси, испыт через 28суток после изгот. Включив пресс, образец нагружают непрерывно и равномерно со ск-тью 0,6+-0,2МПа в секудну до разруш образца. Предел прочности при сжатии выч по ф-ле:

Rсж=Fразр/S

105. Как опред прочность бетона на растяжение раскалыванием?

Испыт такие же кубы, как и при испыт на сжатие. При нагружении образец раскал от поперечных растяг деф, поэтому усилие раскалывания- косвенная хар-ка прочности бетона при растяж. Предел прочности Rрр( на растяж при раскал:

Основной закон прочности бетона

Исследованиями была установлена следующая зависимость:

На практике при подборе состава бетона пользуются линейной зависимостью:

R_б = А R_ц (Ц/В b) (формула И.Боломея-Б.Г.Скрамтаева),

При расчете состава бетона используют также:

- уравнение абсолютных объемов:

Водонепроницаемость бетона зависит от проницаемости цементного камня, заполнителя и контактной зоны. Характеризуется маркой по водонепроницаемости (МПа): W0,2; W0,4; W0,6; W0,8; W1,2.

Теплопроводность изменяется от 1,3-1,7 Вт/(м. 0 С) для тяжелых бетонов до 0,2-0,7 Вт/(м. 0 С) для легких бетонов.

Основной закон прочности бетона (формулы и графики). Физический смысл основного закона прочности бетона.

. Физический смысл закона прочности бетона. Закон прочности бетона устанавливает зависимость прочности от качества применяемых материалов и пористости бетона. Прочность вяжущего характеризуется его маркой (Rц), качество заполнителя коэффициентом А, а пористость косвенно определяется величиной водо-цементного отношения В/Ц. Зависимость прочности от В/Ц является в сущности зависимостью прочности от объема пор, образованных водой, не вступающей в химическое взаимодействие с цементом. Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при постоянном расходе цемента и способе уплотнения), приведенная на рис.4, характеризует физический смысл закона прочности. Левая ветвь кривой принадлежит недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды затворения, т. е. В/Ц, эти смеси укладываются плотнее, и прочность бетона повышается. Наконец, при оптимальном (для данного способа уплотнения) количества воды бетон имеет наибольшую плотность и прочность, что соответствует максимуму на кривой прочности.

Для тяжелых бетонов применяется заполнитель с прочностью в 1,5-2 раза больше заданной марки бетона. При большом содержании цементного теста зерна заполнителя раздвинуты на значительные расстояния, они почти не взаимодействуют друг с другом, поэтому решающее значение будет иметь прочность цементного камня и прочность сцепления его с заполнителем. На практике часто используют зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения по формуле И. Боломея - Б.Г. Скрамтаева (рис. 5).

Для обычных бетонов с Ц/В=1,4-2,5 формула прочности имеет вид: Rб=ARц(Ц/B-0,5). При высококачественных заполнителях (щебень из плотных изверженных пород, крупный песок с минимальным содержанием вредных примесей) А=0,65; для рядовых заполнителей А=0,6; при применение заполнителей пониженного качества А=0,55. Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула: Rб=ARц(Ц/B+0,5). В этой формуле для высококачественных заполнителей А=0,43, для рядовых А=0,4. Основной закон прочности является общим для материалов с конгломератной структурой, он распространяется на тяжелые и легкие бетоны, мелкозернистые бетоны и строительные растворы. Только параметры А, входящие в формулу прочности, будут иметь различные численные значения, зависящие от вида материала и заполнителя.

Основной закон прочности бетона

На практике при подборе состава бетона пользуются линейной зависимостью:

R_б = А R_ц (Ц/В b) (формула И.Боломея-Б.Г.Скрамтаева),

где: R_б - прочность бетона, R_{ц -} марка (активность) цемента, В/Ц - водоцементное отношение,

При расчете состава бетона используют также:

- уравнение абсолютных объемов:

Ц/ _ц+ В/ _в+ П/ _п+ К / _к = 1000 л, где Ц, В, П, К - расходы на 1м 3 бетона соответственно цемента, воды, песка и крупного заполнителя, кг;

_ц, _в, _п, _к - истинная плотность зерен этих материалов, кг/дм 3 и

= В/0,778.

Теплопроводность изменяется от 1,3-1,7 Вт/(м. 0 С) для тяжелых бетонов до 0,2-0,7 Вт/(м. 0 С) для легких бетонов.

Основной закон прочности бетона. Формулы, графики.

• прочностью затвердевшего цементного камня;

• прочностью его сцепления с заполнителем.

Пористость бетона плотной ст-ры:

В, Ц расх воды и цем, w-кол-во хим связ воды

Гиперболическую формулу прочности бетона можно преобразовать в более простую формулу

Рис. 67. Зависимость прочности тяжелого бетона от Ц/В при разных марках цемента

Для обычных бетонов с Ц/В=1,4 — 2,5 формула прочности принимает вид

Для высокопрочных бетонов, изготовляемых с Ц/В>2,5, применяется формула

В этой формуле для высококачественных заполнителей A = 0,43, для рядовых Л-= 0,4.

Читайте также: