Основной закон прочности бетона

Экспериментальными исследованиями установлено, что прочность бетона главным образом определяется:

• ? водоцементным соотношением (В/Ц);
• ? качеством заполнителей;
• ? активностью цемента.

Для получения удобоукладываемых бетонных смесей принимают В/Ц = 0,4. ..0,7, т.е. расход воды должен составлять

40...70 % от массы цемента.

Для полной гидратации цемента необходимо около 22 % воды от массы цемента. Избыток воды, испаряясь из бетона, образует поры и капилляры различной формы и размеров. Наличие пор ослабляет бетон. Чем больше пор, т.е. выше В/Ц, тем ниже прочность бетона.

Если принять расход цемента постоянным и изменять только количество воды затворения (В₃), то можно установить влияние расхода воды (В) на прочность бетона R₆. Установленная зависимость R₆ = /(В) описывается кривой, имеющей два участка — восходящий и нисходящий (рис. 5.5). Аналогичный вид имеет и зависимость R₆ = /(В/Ц).

Рис. 5.5. Влияние количества воды на прочность бетона (при постоянном расходе цемента и работе уплотнения)

Левый (восходящий) участок кривой соответствует изменению прочности неудобоукладываемых бетонных смесей, слишком жестких для принятого способа уплотнения. Недоуплотнение бетонной смеси также приводит к образованию в бетоне крупных воздушных пустот, неплотностей, снижающих прочность бетона.

По мере увеличения количества воды вязкость цементного теста снижается, объем цементного теста возрастает, удобо- укладываемость бетонных смесей улучшается. Максимальное значение прочности достигается при оптимальном количестве воды, соответствующем принятому способу уплотнения.

Увеличение расхода воды сверх оптимального приводит к снижению прочности, что описывается правым (нисходящим) участком кривой. В этом случае избыток воды образует в бетоне большое количество капиллярных и в некоторых случаях седиментационных пор, что приводит к снижению прочности бетона.

На прочность бетона, кроме В/Ц, оказывает влияние ряд других факторов: марка цемента, условия твердения, возраст бетона, способы приготовления и уплотнения бетонной смеси и др. Однако для упрощения расчетов в формулах прочности бетона эти факторы не учитываются.

Расчетные формулы прочности применимы для бетонов из хорошо уплотненных бетонных смесей, твердеющих в нормальных температурно-влажностных условиях и испытанных по стандартной методике в возрасте 28 сут.

Одной из первых расчетных формул для тяжелого бетона стала предложенная Н.М. Беляевым формула, устанавливающая зависимость прочности бетона от водоцементного отношения: R₆ = /(В/Ц). Она представляет собой гиперболу, которая объединяет точки с оптимальными значениями В/Ц при различной работе уплотнения.

Однако более удобной для применения на практике оказалась зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения (Ц/В), которую описывает формула швейцарского ученого И. Боломея, усовершенствованная Б.Г. Скрамтаевым. Функция R₆ = /(Ц/В) при некотором упрощении может быть представлена линейным уравнением вида

где А — коэффициент, учитывающий качество заполнителей; В_ц — активность цемента, МПа; Ц — расход цемента в бетонной смеси, кг/м³; В — расход воды в бетонной смеси, л/м³; Ъ — постоянный коэффициент, определяемый опытным путем.

Для составов бетонов с Ц/В = 1,4...2,5 для составов бетона с Ц/В = 2,5...3,5

В данных уравнениях значение коэффициента Ъ, определенное по статистическим данным, численно равно 0,5. Значения коэффициентов А и А' приведены в табл. 5.10.

Таблица 5.10

Значения коэффициентов А и А' в формулах прочности бетона

*К высококачественным заполнителям относятся щебень из плотных горных пород высокой прочности и песок промытый оптимальной крупности. К рядовым относятся заполнители среднего качества. Материалы пониженного качества — крупные заполнители низкой прочности, мелкие пески.

Прочность бетона не остается величиной постоянной. С течением времени, при достаточной влажности воздуха и положительной температуре, она увеличивается. Изменение прочности во времени описывается логарифмической зависи-

Рис. 5.6. Рост прочности бетона во времени: а — логарифмическая зависимость R₆ = /(т); б — линейная зависимость R₆ = f(lg т)

мостью (рис. 5.6, а), которая при переходе к логарифмическому масштабу времени преобразуется в линейную зависимость (рис. 5.6, б). Эта линейная зависимость позволяет использовать для ориентировочного определения прочности бетона в разном возрасте формулу

где т — расчетный возраст бетона, сут.; R_x, R₂₈ — значение прочности бетона на сжатие в возрасте т и 28 сут. соответственно, МПа.