Основной закон прочности бетона.

Экспериментальными исследованиями установлено, что прочность бетона главным образом определяется отношени­ем массы воды к массе цемента (водо-цементным отношением), качеством заполнителей и активностью цемента. Для по­лучения удобоукладываемых бетонных смесей принимают водоцементное отно-шение В/Ц = 0, 4-0, 7; т.е. расход воды составляет 40-70% от массы цемента. Для полной гидратации клинкерных минералов необходимо около 22 % воды от массы цемента. Избыточная сверх этого вода, испаряясь из бетона, образует поры и капилляры различной формы и размеров. Наличие пор ослабляет бетон: чем их больше, т.е. чем боль­ше В/Ц, тем ниже прочность бетона.

Расчетные формулы прочности применимы для бетонов из хорошо уплотнен-ных бетонных смесей, твердевших в нормаль­ных температурно-влажностных усло-виях и испытанных по стандартной методике в возрасте 28 суток. Одной из пер-вых расчетных формул для тяжелого бетона была предложена фор­мула Н.Н. Беляе-ва, устанавливающая зависимость прочности бетона от водоцементного отноше-ния: функция R_b=f(B/Ц) пред­ставляет собой гиперболу, которая объединяет точки с опти­мальными значениями В/Ц при различной работе уплотнения.

Более удобной для применения на практике оказалась за­висимость прочности бетона не от В/Ц, а от цементно-водного отношения (Ц/В), которую описывает фор-мула швейцарского ученого И. Боломея, усовершенствованная Б.Г. Скрамтаевым. Функция R_b=f(Ц/В) при некотором упрощении может быть представлена линей-ным уравнением вида

R_b=AR_ц(Ц/B + b),

где А — коэффициент, учитывающий качество заполни­телей;

R_ц — активность цемента, МПа;

Ц — расход цемента в бетонной смеси, кг/м³;

В — расход воды в бетонной смеси, л/м³;

b — постоянный коэффициент, определяемый опыт­ным путем.

Рис. 8.2. Зависимость прочности от цементно-водного отношения.

Эмпирическая зависимость R_b=f(Ц/В), построенная по ре­зультатам многочи-сленных опытных данных, описывается кри­вой сложного очертания, имеющей точ-ку перегиба при Ц/В, равном примерно 2, 5 (рис. 8.2).

Такой характер изменения прочности от цементно-водного отношения можно описать двумя уравнениями:

для составов бетона с Ц/В = 1, 4—2, 5

R_b = AR_ц (Ц/В - 0, 5); (8.5)

для составов бетона с Ц/В=2, 5—3, 5

R_b = A' R_ц (Ц/В + 0, 5). (8.6)

В данных уравнениях значение коэффициента Ь, опреде­ленное по стати-стическим данным, численно равно 0, 5. Зна­чения коэффициентов А и А' приве-дены в таблице.

Прочность бетона не остается величиной постоянной. С те­чением времени, при достаточной влажности воздуха и поло­жительной температуре, прочность бето-на увеличивается. Из­менение прочности во времени описывается логарифмической зависимостью (рис. 8.3, а), которая при переходе к логариф­мическому масштабу времени преобразуется в линейную за­висимость (рис. 8.3, б). Эта линейная зави-симость позволяет для ориентировочного определения прочности бетона в раз­ном возрасте использовать формулу:

где — расчетный возраст бетона, сут.;

— значение прочности бетона на сжатие соот­ветственно в возрасте и 28 суток, МПа.

Рис. 8.3. Рост прочности бетона во времени: а — логарифмическая зави-симость R₆ = f(); б — линейная зависимость R₆ = f(lg ).