Свойства бетона. Предел прочности бетона при сжатии значительно (в 10

Прочность.

Предел прочности бетона при сжатии значительно (в 10... 15 раз) выше, чем при растяжении и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность на сжатие.

Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость набора прочности со временем затухает (см. рис. 4).

Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическому значению результатов испытания образцов данного бетона через 28 сут нормального твердения. Для этого используют образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм, изготовленные из рабочей бетонной смеси и твердевшие при (20 ± 2)° С на воздухе при относительной влажности 95% (или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне). Методы определения прочности бетона регламентированы стандартом.

Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку — округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800 кгс/см². При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность не менее 35 МПа (но не более 40).

Отличительная особенность бетона — значительная неоднородность его свойств. Это объясняется изменчивостью в качестве сырья (песка, крупного заполнителя и даже цемента), нарушением режима приготовления бетонной смеси, ее транспортировки, укладки (степени уп­лотнения) и условии твердения. Все это приводит к разбросу прочности бетона одной и той же марки. Чем выше культура производства (лучше качество подготовки материалов, приготовления и укладки бетона и т. п.), тем меньше будут возможные колебания прочности бетона. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возмож­ные колебания качества бетона, является класс бетона.

Класс бетона — это численная характеристика какого-либо его свойства (в том числе и прочности), принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0, 95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность бетона с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же средней прочности.

ГОСТ 26633—85 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3, 5; 5; 7, 5; 10; 12, 5; 15; 20; 25; 30; 32, 5; 40; 45; 50; 55 и 60. Класс по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В, справа от которой приписывают его гарантированную прочность в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0, 95.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемой с помощью коэффициента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон.

Класс бетона одной и той же марки заметно увеличивается при снижении коэффициента вариации. Так, при марке бетона М300 и коэффициенте вариации 18 % класс бетона будет В15, а при коэффициенте вариации 5 % — В20, т. е. на целую ступень выше. Это показывает, как важно тщательное выполнение всех технологических операций и повышение культуры производства. Только в этом случае достигается высокая однородность бетона и более высокий класс его прочности при неизменном расходе цемента.

Строительными нормами принят нормативный коэффициент вариации прочности бетона, равный 13, 5 % и характеризующий технологию бетонных работ как удовлетворительную.

Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие его марками при нормативном коэффициенте вариации, равном 13, 5 приведено в табл. 2.

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело. При небольших напряжениях (не более 0, 2 от предела прочности) бетон деформируется, как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2, 2...3, 5) * 10⁴ МПа. При больших напряжениях начинает проявляться пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Ползучесть — склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микро-трещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер. Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов.

Усадка — процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки — сжатие гелевой составляющей при потере воды. Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетон.

Пористост ь. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0, 2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры.

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень — заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

По водонепроницаемости бетон делят на марки W0, 2; W0, 4; W0, 6; W0, 8 и Wl, 2. Марка обозначает давление воды (МПА), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость — главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла — 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов «замораживания — оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5 % по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости: F25; F35; F50; F75; F100...F1000. Стандартом предусмотрены и ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше 6, 5...6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

Теплопроводность тяжелого бетонадаже в воздушно-сухом состоянии - около 1, 2...1, 5 Вт/(м • К), т.е в 1, 5...2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теплоизоляцией. Легкие бетоны в особенности ячеистые, имеют невысокую теплопроводность 0, 1...0, 5 Вт/(м • К), и их применение в ограждающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов. находится в пределах 0, 75...0, 92Дж/(кГ • К); в среднем — 0, 84 Дж/(кг • К)

Температурные деформации. Температурный коэффициент линейного расширения тяжелого бетона (10... 12) • 1*К. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50° С расширение составит примерно 0, 5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружении большой протяженности разрезают температурными швами.

Выводы

После изучения материала становится понятно о назначении свойств бетонных смесей и бетонов.

Вопросы для самоповторения

1. Какой материал называется бетоном?

2. Отличаются ли чем-либо бетонная смесь и бетоны?

3. Укажите свойства бетонов.

4. От чего зависят свойства бетонов?

5. Можно ли получить бетоны заданных свойств?

6. Какие материалы применяются для получения бетонов?

Наглядная информация

Рис. 31. Определение подвижности пластич­ных бетонных смесей по осадке конуса (ОК): — опоры; 2 — ручки; 3 — форма-конус; 4— бетонная смесь

Рис. 32.Схема определения жесткости (Ж) бетонной смеси: а — прибор в начальном положении; б" — то же, в момент окончания испытаний; 1 — виброплощадка; 2 — цилиндрическая форма; 3 — бетонная смесь; 4 — диск с отверстиями; 5 — втулка; 6 -штанга; 7— бетонная смесь после вибрирования

Таблица 43.

Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости

Рис. 32. Схема расслоения бетонной смеси при длительных вибрационных воздействиях: а — свежеприготовленная смесь; б — расслоившаяся смесь; 1 — направление движения воды; 2 — цементно-песчаный раствор; 3 — крупный заполнитель; 4— вода

Таблица 44

Соотношение между классами и марками