Закон прочности для высокопрочных бетонов с ц в 2 5 имеет вид

Обновлено: 05.05.2024

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.

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.

► Морозостойкость определяет долговечность бетона и зависит от качества использованных материалов и капиллярно-пористой структуры бетона. Марки по морозостойкости: F50, F75. F500, обозначается цифрами 50-1000, означающими количество циклов замерзания-оттаивания, которые способен выдержать бетон.

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.

► Огнестойкость.Бетон - это материал с высокой огнестойкостью и низкой теплопроводностью. Он особенно подходит для защиты стальных конструкций, поскольку его коэффициент теплового расширения (около 0,00001 на 1° C для обычных смесей) почти такой же, как и у стали.

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

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

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).

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

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

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.

Качество затвердевшей бетонной смеси определяется показателями прочности, плотности, однородности, пластичности и рядом других свойств. Технические характеристики определяются лабораторными исследованиями, основанными на механическом воздействии на образец или ультразвуковым воздействием с последующим построением градуировочной зависимости, где данные показаны в виде графика или таблицы.

Плотность затвердевшего раствора является одним из показателей его качества и определяется соотношением массы к объему. Плотность материала зависит от количества вовлеченного воздуха при последующем его застывании. Чем меньше воздуха – тем меньше пор и, соответственно, выше плотность материала. Чем плотней бетон, тем он прочнее.

Существует прямая зависимость прочности бетона от его плотности. Так как плотность измерить достаточно сложно, в строительстве существует такое понятие, как средняя прочность.

Полученному в результате 95 из 100 лабораторных испытаний среднему показателю присваивается обозначение, которое и является классом бетона. Класс в проектной документации является единым во всем мире, обозначается буквой «В» и измеряется в мПа.

Формы для образцов

Опалубку для заливки пробных кубиков делают из деревянных досок. В масштабах завода или фабрики предпочтительней использование металлических деталей. Форма — кубическая, размеры стенок — 20*20 или 30*30 сантиметров. Длина зависит от перечня экспериментов. По стандарту выбирают кубик с одной ячейкой. При необходимости проверить большое количество образцов используют формы с 2—7 ячейками для бетонной смеси. Такие конструкции помогают сэкономить время. Размер их отличается и варьируется в зависимости от необходимых параметров куба.

Специальные формы для таких изделий должны быть кубическими.

Прочность

Это важнейший показатель качества материала, который гарантируется ГОСТ на 28 сутки его естественного твердения. Значением прочности принято считать сопротивление к разрушению целостности структуры вследствие внутренних напряжений и внешних воздействий.

Бетон, как и любой искусственный камень, имеет пористую структуру, поэтому лучше всего сопротивляется сжатию. Показатель прочности бетона на сжатие определяет его марку, которая обозначается буквой «М» и измеряется в кгс/см2. Например: Смесь М400 говорит о том, что прочность на сжатие его составляет 400 кгс/см2.

Существует соответствие класса и марки бетона, которая представлена в таблице.

Марка	Класс, мПа	Прочность, кгс/см2
М 75	В 5	65 кгс/см2
М 100	В 7,5	98 кгс/см2
М 150	В 10	131 кгс/см2
М 200	В 15	196 кгс/см2
М 250	В 20	262 кгс/см2
М 300	В 22,5	294 кгс/см2
М 350	В 25	327 кгс/см2
М 400	В 30	393 кгс/см2

Различают два типа прочности бетона на сжатие – это кубиковая и призменная.

Кубиковая

Кубиковая прочность неармированного бетона – это способность образца (кубика), твердевшего 28 суток при влажности 95-100 % и температуре окружающего воздуха 20-23 °С, выдерживать определенное давление. Измеряется в мПа.

Призменная

Призменная прочность бетона – это временное сопротивление бетонной призмы сжатию. Как правило, призменная ниже кубиковой. Чем больше зависимость между высотой и основанием образца, тем меньше его прочность. Измеряется в кгс/ч.

При производстве железобетонных конструкций различают проектную, нормируемую, требуемую, фактическую, распалубочную, передаточную и отпускную прочность бетона.

Проектная – это прочность бетона при его определенном возрасте. Если нет особых требований, то предел проектной прочности достигается при возрасте уложенной смеси 28 дней.
Нормируемая – это значение, установленное проектной или другой нормативной документацией.
Требуемая – это минимально допустимое значение прочностных характеристик изделий в рамках одной партии.
Фактическая — это средний показатель характеристик изделий в рамках одной партии.
Распалубочная прочность армированного бетона считается минимально допустимым значением, при котором изделие можно вынимать из формы.
Передаточная прочность армированного бетона – это регламентируемое значение кубиковой прочности к моменту его армирования. Передаточная прочность не назначается ниже 70% от проектной и не может быть менее 14 мПа.
Отпускная прочность бетона – это характеристика, при которой изделие разрешено отпускать потребителю.

Характеристики расчетного значения

Чтобы сделать надежные и долговечные конструкции, рассчитывают значения с запасом. Для получения этого значения строители прибегают к удельным сопротивлениям изделий: они разделяют их на коэффициент. Сопротивление стройматериала растяжению либо сжатию вычисляют при помощи формулы, которая выглядит следующим образом: R = Rn /g (g – коэффициент прочности). Чаще всего этот параметр равняется одному. От однородности материала зависит величина коэффициента. При этом выполнять соответствующие расчеты необязательно, поскольку получить необходимые параметры можно при помощи таблицы.

Как определяется

Существует два метода определения прочности: разрушающий и не разрушающий. Разрушающий метод состоит в раздавливании образцов материала и является наиболее точным. Критическая прочность бетона фиксируется и является исходным показателем для расчета прочности бетона и определяется в мПа. К разрушающим методам контроля относятся кубиковое и призменное испытание образцов, описанное выше. Испытания регламентируются ГОСТ 18105-86.

К неразрушающим методам контроля относятся методы воздействия ударом, частичного разрушения и ультразвуковое исследование образца.

Метод ударного обследования образца

Существуют три основных ударных метода исследования:

Ударного импульса. Метод заключается в определении выделенной энергии при определенной силе удара.
Отскока. Метод регистрирует величину отскока бойка от поверхности изделия или образца.
Деформации. При таком методе производится давление на бетонную поверхность с последующей регистрацией давления в мПа и глубины деформации.

Метод частичного разрушения изделия

Этот метод также предполагает три типа воздействия на бетонный образец.

Отрыв. Метод заключается в приклеивании к бетонной поверхности металлического диска с последующим его отрывом. Определяющим значением является усилие, значение которого используется в дальнейших вычислениях. Определяется в мПа.

Скалывание. Метод скалывания заключается в скользящем воздействии на грань образца с регистрацией усилия, необходимого для частичного разрушения объекта.

Отрыв со скалыванием. Суть этого метода состоит в анкерном креплении на поверхности бетонной конструкции специального устройства с последующим его отрывом и регистрацией данных.

Ультразвуковое обследование

В основе метода лежит построение градуировочной зависимости между прочностью бетона и скоростью прохождения через него ультразвука. На построение градуировочной зависимости влияет:

состав и фракция заполнителя;
уменьшение или увеличение массы цемента;
способ приготовления и уплотнения смеси;
напряженность бетона.

Градуировочную зависимость определяют по единичным значениям скорости распространения ультразвуковых волн и прочности бетона. За единичное значение прочности бетона принимают средние значения при исследованиях идентичных образцов. Градуировочную зависимость выстраивают в виде таблицы или графика, построенного на основе линейного или экспоненциального вида. На предприятиях, выпускающих ЖБ конструкции, проверку градуировочной зависимости осуществляют не реже 1 раза в 2 месяца, согласно ГОСТ 17624-87.

Предварительно напряженные железобетонные конструкции

Конструкция или элемент из железобетона, нагруженный искусственно созданными внутренними напряжениями, направленные обратно реальным физическим нагрузкам при эксплуатации объекта. Искусственные напряжения появляются после внедрения в тело конструкции предварительно напряженной арматуры. Сделать это можно так:

При заливке раствора в конструкции оставляют пазы, в которые укладывается арматура (сетка, стержни, спирали). Набор прочности завершается натягиванием арматурной сетки или другого типа арматуры с креплением концов по бокам элемента. Натягивание арматуры сопровождается сжатием бетона. Усилие натяжения обозначается символом «Р»;
Арматура натягивается перед заливкой раствора (т.н. натяжение на упоры), а после отвердения смеси отпускается, что и создает напряжение сжатия.

Еще один вариант создания предварительного напряжения – заливка специального напрягающего цемента марки НЦ. Затвердевая, объем конструкции из цемента этой марки увеличивается, при этом растягивается и арматура, создавая напряжение растяжения.

Расчётное сопротивление бетона обновлено: Январь 2, 2017 автором: Артём

Любое изделие из бетона должно выдерживать существенные нагрузки и при этом не поддаваться разрушительному воздействию внешних факторов. Параметры конструкций, при создании которых используется бетон, определяются еще во время проектирования. Перед началом проведения работ специалисты устанавливают расчетное сопротивление бетона.

Строители утверждают, что бетонные конструкции делаются из неоднородного стройматериала. Прочность нескольких образцов, при изготовлении которых использовалась одна и та же смесь, может быть совершенно разной. Именно поэтому перед специалистами встает вопрос определения прочности при помощи расчетных данных. За счет этих значений определяется сопротивление бетона сжатию. Что собой представляют расчетные показатели, и каким образом можно их определить? Какие дополнительные параметры и характеристики важно учитывать при проведении строительных работ?

Специалисты получают показатели сопротивления строительного материала, разделяя нормативные сопротивления на коэффициенты. При определении прочности деталей конструкций к расчетному сопротивлению некоторых бетонных растворов иногда уменьшают либо увеличивают за счет умножения на определенные коэффициенты, учитывающие ряд факторов: многократные нагрузки, длительность воздействия нагрузок, способ изготовления изделия, его размеры и пр.

Отчего зависит

Среди технологических факторов, влияющих на структуру и прочность бетона можно выделить:

Активность или качество цемента.
Количество цемента. С количеством цемента следует быть внимательным, так как с его увеличением выше оптимального значения происходит повышение плотности, но снижение других свойств бетона.
Чистота и форма заполнителей. Загрязненный и гладкий заполнитель имеет низкую сцепливаемость с цементным молочком, вследствие чего уменьшается качество смеси.
Качество замеса. Недостаточное перемешивание значительно снижает прочностные характеристики бетона.
Способ уплотнения. Плотность, а, соответственно, и прочность бетонного изделия выше при уплотнении вибраторами. Ручное уплотнение значительно снижает качество смеси.
Возраст. Нарастание прочности бетона наступает по прошествии 28 суток естественного твердения.
Условия твердения. Максимальную прочность получает бетон, твердевший во влажной среде при температуре 15-20 °С. При понижении температуры нарастание прочности снижается. Нижний температурный предел твердения составляет 0 °С.

Отдельного разговора заслуживает влагоцементное соотношение, которое является главным фактором в требуемых прочностных характеристиках смеси. Самый «правильный» бетон получится, если в смесь добавить 20% воды от массы цемента. Но при такой зависимости смесь получается слишком сухая, что приведет к потере пластичности и сделает практически невозможным ее укладку. Именно поэтому в раствор добавляется воды в несколько раз больше необходимой нормы. При твердении влага из раствора испаряется, что приводит к появлению пор, снижающих плотность материала.

Если обобщить вышесказанное, то основной закон прочности бетона состоит в зависимости показателя от качества применяемых материалов и плотности затвердевшей смеси.

Наиболее прочный материал

Большинство наших соотечественников интересует вопрос, какой должен быть состав и технические характеристики у самого качественного в мире бетона? Буквально несколько месяцев назад представитель японской компании Taiheiyo Cement сообщил прессе, что ими был разработан самый прочный бетон, способный выдержать давление более 4,5 т на 1 см2. Такое заявление произвело в строительном мире «эффект разорвавшейся бомбы», так как предельная прочность металлических конструкций на сегодняшний день не превышает 2 т на см2.

Технология производства является коммерческой тайной компании. Полный состав заполнителей также не разглашается, но, по словам представителя компании, в составе бетона используются особые кремниевые добавки.

Будем надеяться, что эта технология в скором времени появится и на нашем рынке, что даст возможность отечественным компаниям значительно повысить качество и скорость строительства новых объектов.

• 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.

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.

Читайте также: