Siding-laminat.ru

Сайдинг Ламинат
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Прочность бетона; от чего зависит и на что влияет

Прочность бетона — от чего зависит и на что влияет?

Бетон является наиболее распространенным строительным материалом. Первое его появление связывают с Древним Римом. Там из него делали купола и арки. Так что рецепт этого материала известен уже очень давно. Со временем его использование становилось все более широким, а рецептура изменялась. Повышались качества стойкости ко внешним воздействиям — влаге, температуре, ветру и механическим воздействиям. Сегодня будем говорить о прочности бетона — одной из его важнейших характеристик.

Прочность природных материалов очевидна и понятна, а у бетона это комплексная величина, зависящая от разных факторов, в которых мы сейчас и разберемся.

Практически при любом строительстве, будь то жилые здания, или хозяйственные постройки, используется бетон. В зависимости от вида и этапа строительства, требования, предъявляемые к строительным материалам, могут существенно изменяться. Так, например, для заливки фундаментов и возведения стен используются различные марки бетона. Марка бетона в свою очередь определяется его прочностью.
Прочность бетона – это наиболее важная характеристика, определяющая свойства и эксплуатационные качества бетонных конструкций и элементов строительных сооружений.

Знание показателей прочности бетона позволит избежать многих нежелательных последствий для строительных сооружений. Например, использование бетона, имеющего недостаточный уровень прочности, может привести к снижению эксплуатационных качеств постройки, появлению трещин, преждевременному разрушению и досрочному выходу здания из строя.
Определение прочности бетона является также обязательной процедурой для застройщиков перед сдачей здания в эксплуатацию.

Как определяется прочность бетона?

Прочность бетона определяется в лабораторных условиях при помощи специальных приборов на отобранных пробах и контрольных образцах. Все испытания регламентируются строительными ГОСТами, принятыми для определенного вида бетона.
Прочность бетона также можно определить непосредственно в процессе строительства на строительной площадке. Подобные испытания проводятся для контроля качества возведенных элементов сооружения.

Существует несколько методов определения прочности бетона. В зависимости от характера воздействия различают следующие способы:

  • Разрушающие.
  • Неразрушающие.

Разрушающие методы предполагают разрушение образца, изготовленного из контрольной пробы бетонной смеси, а также взятого из бетонной поверхности при помощи алмазного бура.

При этом методе исследования происходит раздавливание кубиков или выпиленных цилиндров бетона под испытательным прессом. Нагрузка увеличивается непрерывно и равномерно до момента разрушения контрольного образца. Полученная в результате цифра критической нагрузки фиксируется и по ней происходит дальнейший расчет прочности бетона.

Разрушающий метод считается наиболее точным для определения прочности бетона. Обследование здания методом раздавливания бетонных проб, определяет прочность бетона на сжатие. Согласно действующим в настоящее время СНиПам, он является обязательным перед сдачей здания в эксплуатацию.

Неразрушающие методы не требуют получения образцов и их последующего разрушения. Испытания проводятся при помощи различных приборов и инструментов.

В зависимости от используемых приспособлений различают следующие неразрушающие методы исследований:

  • частичного разрушения;
  • ударного воздействия;
  • ультразвукового обследования.

Метод частичного разрушения основан на местном воздействии на бетонную поверхность и приводит к незначительному ее повреждению.

Различают следующие методы частичного разрушения:

  • на отрыв;
  • скалыванием;
  • отрыв со скалыванием.

Метод отрыва состоит в закреплении на участке бетонной поверхности металлического диска при помощи специального клея и последующего его отрыва. Усилие, необходимое для разрушения бетона при подобном методе фиксируется и используется в дальнейших вычислениях прочности.
Метод скалывания заключается в механическом воздействии скользящего характера на ребро конструкции и регистрации усилия, при котором происходит откалывание его участка.

Метод отрыва со скалыванием характеризуется большей точностью, по сравнению с остальными методами частичного разрушения. Суть его состоит в закреплении на участке бетонной конструкции анкерных устройств и последующего их отрыва от поверхности.
Методы ударного воздействия основаны на применении к бетонной поверхности силового воздействия ударного типа.

Читайте так же:
Мокрая стяжка пола цементом

Различают 3 метода определения прочности ударом:

  • метод ударного импульса;
  • упругого отскока;
  • пластической деформации.

Метод ударного импульса достаточно прост в использовании и состоит в регистрации силы удара и возникающей при этом энергии.

Метод упругого отскока не менее прост и заключается в определении величины отскока бойка ударника от бетонной поверхности.

Метод пластической деформации состоит в силовом воздействии на исследуемую область приборов с закрепленными на их ударной поверхности штампов шарикового или дискового типа. По глубине полученных в результате удара или давления отпечатков определяется прочность бетона.

Метод ультразвукового обследования подразумевает использование прибора, испускающего ультразвуковые волны. При этом определяется скорость ультразвука, проходящего сквозь бетонную конструкцию. Преимущество подобного метода – в возможности исследования не только поверхности бетона, но и его глубинных слоев. Недостаток – в большом проценте погрешности при расчетах.

От чего зависит прочность бетона?

В результате химических процессов, происходящих при взаимодействии бетонной смеси с водой прочность бетона в процессе его застывания увеличивается. Под влиянием различных факторов скорость химических реакций может замедляться и ускоряться. От этого же будет зависеть показатель прочности бетона.

Выделяют следующие основные факторы, влияющие на прочность бетона:

  • активность цемента;
  • процентное содержание цемента;
  • соотношение цемента и воды в растворе;
  • технические характеристики и качество наполнителей;
  • качество смешивания составляющих бетонной смеси;
  • степень уплотнения;
  • время, затраченное на застывание раствора;
  • внешние условия (температура воздуха и влажность среды);
  • применение повторного вибрирования.

Наиболее важным фактором, определяющим прочность бетона, является активность цемента. Выяснена и определена прямая зависимость между активностью цемента и прочностью бетона. Чем выше активность, тем более прочными получаются бетонные изделия и наоборот, чем она ниже, тем меньше прочность и качество бетона.

Процентное содержание цемента не менее важная величина, определяющая показатели прочности. Увеличение количества цемента в смеси ведет к повышению прочности бетонных конструкций. Уменьшение – к ее снижению. При этом существует следующая закономерность: увеличение прочности происходит лишь до определенного момента. В дальнейшем показатели прочности бетона возрастают незначительно, а вот его нежелательные качества – усадка и ползучесть, увеличиваются.

Соотношение цемента и воды влияет на прочность вследствие физических особенностей застывающей бетонной смеси. Одной из них является способность бетона связывать лишь 15-25% входящей в его состав воды. В бетонном же растворе, как правило, присутствует от 40 до 70% воды, необходимой для облегчения укладывания бетона в форму. Излишек воды приводит к образованию пор в толще бетона, что ведет к снижению его прочности. Отсюда вытекает следующая закономерность: при возрастании величины водоцементного соотношения В/Ц, прочность бетона уменьшается, а при ее уменьшении – увеличивается.

Качество и свойства наполнителей также играют немалую роль в формировании прочности бетона. Наличие органических и глинистых веществ, использование мелкофракционных наполнителей, приводит к снижению прочности. Крупные фракции имеют лучшее сцепление с цементным связующим, и их использование увеличивает прочность бетона.

Качество смешивания и применение вибрирования влияет на степень уплотнения бетонного раствора. От плотности бетона зависит его прочность. Чем плотнее улеглись частицы бетонного состава, тем выше будет прочность бетона.

Внешние условия и время отвердевания бетона – еще один из факторов, определяющих показатели его прочности. Наиболее благоприятной считается температура от 15 до 20С0. Влажность воздуха при этом должна составлять от 90 до 100%. При таких параметрах среды происходит быстрое возрастание прочности бетона и увеличивается время его отвердевания. С течением времени, показатель прочности увеличивается. Его рост прекращается лишь после полного высыхания бетона или его замерзания.

Читайте так же:
Марки цементного раствора применение

Прочность бетона через 7 суток и 28 дней

Давно выяснена и рассчитана закономерность, при которой происходит возрастание прочности бетона в зависимости от времени его застывания. В соответствии с ней наибольший показатель предела прочности – 100%, бетон набирает на 28-е сутки застывания. На 7-е сутки бетон показывает 60-80% своей потенциальной прочности. На 3-и сутки соответственно 30%. По ГОСТу, именно в эти дни рекомендовано производить испытания бетонных кубиков.

Изменение прочности бетона с течением времени происходит по следующей логарифмической зависимости:
Rb(n) = Rb(28) lgn / lg28, где Rb – прочность бетона, n-количество дней, а lg-десятичный логарифм возраста бетона.
Расчет прочности по формуле дает лишь приблизительные показатели прочности. Важно учесть также, что подобным образом можно определить прочность бетона начиная с 3-х дневного возраста.

Прочность бетона по маркам

Марка бетона указывает предел его прочности на сжатие и выражается в кгс/см2 (килограмм-силы на см2). Обозначается она буквой М, а цифра после буквы указывает среднее, приблизительное значение прочности.
В строительстве чаще всего используются бетоны следующих марок: М100, М150, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500.

Показатели прочности бетона по маркам:

  • М100 — показатель прочности равен 98,23 кгс/см2
  • М150 – от 130,97 до 163,71 кгс/см2
  • М200 – 196,45 кгс/см2
  • М250 – 261,93 кгс/см2
  • М300 – от 294,68 до 327,42 кгс/см2
  • М350 – от 327,42 до 360,18 кгс/см2
  • М400 – 392,9 кгс/см2
  • М450 – 458,39 кгс/см2
  • М500 – 523,87 кгс/см2

Марка бетона и его прочность зависит от количества цемента, входящего в его состав. Чем больше содержание цемента, тем выше будет марка и наоборот, чем ниже марка, тем меньше цемента содержит бетонная смесь.

Применение бетона в зависимости от его прочности

Наиболее важной характеристикой бетона является его прочность на сжатие, определяемая маркой бетонной смеси. Для каждого вида строительных работ используются свои марки бетона.

Бетон марки М100 – разновидность легких бетонов. Применяется на начальных этапах строительства, для подготовки основания под фундамент, заливкой монолитных стен, перед арматурными работами, а также в дорожном строительстве при устройстве бордюров.

М150 – имеет несколько более высокую прочность, поэтому помимо подготовительных работ, может использоваться для стяжки пола, устройства пешеходных дорог. Возможно его применение в качестве фундамента при строительстве малоэтажных построек. Так же, как и марка М100, является одним из видов легких бетонов.

М200 – наиболее часто используемая в строительстве марка. Обладает достаточно высоким показателем прочности и применяется практически на всех этапах строительных работ. Бетоном, имеющим такую марку, заливают фундаменты, площадки, пешеходные дорожки. Используют его и для устройства лестниц и лестничных пролетов, а также возведения несущих стен. При строительстве дорог, бетоном марки М200 формируют подушку под бордюр.

М250 – охватывает сферу применения предыдущей марки. Однако вследствие более высокой прочности может также применятся в производстве плит для перекрытий при возведении малоэтажных зданий.

М300 – не менее популярная марка в строительстве, чем бетон марки М200. Из него изготавливаются блоки несущих стен, плиты перекрытий, лестницы, заборы. М300 используется для заливки монолитных фундаментов, площадок и в других подобных работах.

М350 – имеет достаточно высокую прочность. Область применения – изготовление фундаментных плит при возведении многоэтажных зданий, плит перекрытий и опорных балок. Используют марку М350 в монолитном строительстве, при изготовлении аэродромных плит, опорных колонн, бассейнов и подобных изделий.

М400 – сфера применения — изготовление ЖБИ, строительство гидротехнических сооружений и зданий, несущих повышенную, по сравнению с жилыми постройками, нагрузку. Это могут быть многоэтажные торгово-развлекательные комплексы, аквапарки и так далее.

Читайте так же:
Как сделать цемент стандарт

М450 – применяется при возведении плотин, строительстве дамб и метро.

М500 – основная сфера применения – гидротехнические сооружения и железобетонные конструкции.

Кинетика набора прочности бетона при раннем замораживании

В статье проведено исследование влияния раннего замораживания на кинетику набора прочности бетона, что очень важно, ведь в настоящее время строительный процесс в зимнее время является сложной задачей, стоящей перед специалистами в этой сфере. Из-за циклических процессов замораживания- оттаивания, а также вследствие низких температур, скорость твердения и качество бетонного камня снижается, что создает определенную угрозу для строящегося объекта.

Для исследования данного процесса сделано несколько серий бетонных образцов, отличающихся водоцементным отношением (далее В/Ц) и условиями твердения. Контрольные образцы твердели в стандартных нормальных условиях, а основная партия подверглась раннему замораживанию. Затем до испытания она хранилась вместе с образцами контрольной партии. То же было проделано с образцами с другим водоцементным отношением. Испытания проводились на сжатие в возрасте 7, 14 и 28 дней.

Результаты работы представлены в виде таблиц и графиков, при анализе которых можно сделать определенные выводы, согласно которым бетоны из основной партии теряют небольшую часть прочности, но имеют тенденцию к последующему её набору до выравнивания с контрольной партией.

Географическое расположение России в северной части континента и отрицательные температуры, наблюдаемые зимой даже в южных районах страны, определяют внимание к воздействию замораживания на свойства материалов. В настоящее время [wiki base=”RU”]бетон[/wiki] и [wiki base=”RU”]железобетон[/wiki] являются основными строительными материалами. Наряду с тем, что строительный процесс продолжается ежечасно, возникает вопрос производства работ в условиях низких температур, поэтому тема производства бетонных работ в суровых климатических условиях на сегодняшний день является актуальной. Прекращение работ также приносят значительные убытки народному хозяйству. В ходе исследований было доказана полная техническая возможность производства таких работ и зимой, однако стоит проводить комплекс специальных мероприятий, обеспечивающие производство строительных работ в этот период года.

Краткий обзор отечественной и зарубежной литературы

Влиянию замораживания на структуру бетона и скорость нарастания прочности посвящено много работ отечественных и зарубежных исследователей [4, 6, 10-13, 15, 17-22, 24, 26, 28-32, 36, 37]. Особенно стоит отметить работы НИИЖБа ([wiki base=”RU”]Научно-исследовательский институт бетона и железобетона[/wiki]) и, в частности, работы С.А. Миронова [7]. Этими работами было установлено, что после оттаивания и при твердении в условиях отрицательных температур образуются те же продукты гидратации, что и при нормальном твердении, но в более дисперсном состоянии. Разработаны методы зимнего бетонирования, определен критический возраст (7 дней, а лучше 10 дней), в котором можно снимать укрытие, обеспечивающее бетону твердение при нормальных условиях. При твердении в нормальных условиях первые 7-10 дней бетон набирает достаточную прочность, чтобы противостоять действию отрицательных температур с приемлемой потерей прочности в 28 суточном сроке.

Сравнительные графики и таблицы по прочности бетона, подверженного замораживанию были представлены в работах В.Н. Сизова, К.М. Мозголёва, С.Г. Головнёва, О.С. Ивановой, Метина Хусем (Metin Husem), Сергата Гозуток (Serhat Gozutok), Рональда Барг (Ronald G.Burg). Благодаря этим данным видно, что прочность замороженных образцов при сжатии в 7 дневном возрасте были ниже, чем у образцов стандартного (нормального) твердения, а в конце 28 дня прочность замороженного бетона была выше, чем у стандартных образцов [9, 14, 16, 23, 25, 27]. В последние годы появились свидетельства о том, что, если заморозить свежеприготовленный бетон, то это не вызовет снижения прочности после его оттаивания и твердения в нормальных условиях.

Читайте так же:
Контроль прочности бетона кирпича

Постановка цели и задач

Исследование предполагает прояснить влияние замораживания только что уложенной в форму бетонной смеси на кинетику прочности данного материала. Задачи исследования включают изготовление партии контрольных образцов бетонной смеси, твердеющей в нормальных условиях, и партии основных образцов, набирающих прочность после 2 суток заморозки [8]. Затем проведение испытания на сжатие в 28-ми дневном возрасте для этих серий. Последняя задача – сравнение результатов испытаний и их обработка для выявления особенностей и закономерностей изменения свойств замороженных бетонных образцов.

Описание проведенных исследований

Для испытания были приготовлены две бетонные смеси с разными В/Ц и постоянными параметрами: расход цемента (далее Ц) и доля песка в смеси заполнителей (далее r) [2]. Из каждой бетонной смеси приготовлено по 18 кубов (рисунок 1) размером 100х100х100мм, затем 9 образцов выдержаны в нормальных условиях при температуре t=20°С и относительной влажности воздуха W=95%. Другие 9 кубов заморожены при температуре минус 20°С в течение 2 суток сразу после изготовления образцов. Впоследствии (через 2 суток замораживания) они были помещены в камеру нормального твердения. Кубы были испытаны на сжатие в 7, 14 и 28 дневном возрасте.

Рис.1 Образцы в камере нормального твердения

Характеристика материалов

Для бетонной смеси были использованы следующие материалы: [wiki base=”RU”]портландцемент[/wiki] М300, крупный песок (модуль крупности = 2,8), щебень (фракции 5-10, 10-20, 20-40). Состав смеси рассчитан и представлен в таблице 1.

Таблица 1. Состав бетонной смеси

№ составаПараметры состава бетонаМасса материалов, кгОК, см
В/ЦЦ, кг/м3rПесокЦементЩебеньВода
10,553000,407,74311,611,656
20,653000,407,62311,431,958

Результаты испытаний бетона

Испытания выполнены на гидравлическом прессе (рисунок 2). По результатам получаем класс бетона В20 для первого и второго состава. Влияние раннего замораживания бетона на дальнейший набор прочности при твердении в нормальных условиях представлено в таблицах и графиках ниже (рисунки 3 – 8).

Рисунок 2. Гидравлический пресс для испытаний на сжатие

Таблица 5. Результаты испытания бетона. Состав 1 (В/Ц=0,55)

Возраст бетона, сутокУсловия тверденияСредняя прочность бетона, МПа
7Нормальные20,3
7+2*Оттаявшие20,45
14Нормальные30,15
14+2*Оттаявшие26,05
28Нормальные31,4
28+2*Оттаявшие29,25

Прим.*Сразу после изготовления эти образцы замораживались при температуре минус 20°С в течение 2 суток, затем были помещены в камеру нормального твердения

Рис 3. Кинетика твердения бетона состав No1 (В/Ц=0,55)

Рис 4. Кинетика твердения бетона состав No1 (В/Ц=0,55). Совмещенное время начала нормального твердения

Из рисунка 3 видно, что процесс твердения бетона сместился по времени на продолжительность замораживания. Если совместить начало твердения обеих партий образцов (рисунок 4), то в семидневном возрасте у оттаявших образцов прочность такая же, как и у образцов нормального твердения. Но при 14 и 28 дневном возрасте, некоторая потеря прочности (7%). Судя по графику можно ожидать, что бетон подвергшийся замораживание со временем достигнет такой же прочности, как и образцы нормального твердения с возможным нарастанием.

Таблица 6. Результаты испытания бетона. Состав 2 (В/Ц=0,65)

Возраст бетона, дней Условия твердения Средняя прочность бетона, МПа
7Нормальные18,45
7+2*Оттаявшие16,65
14Нормальные22,55
14+2*Оттаявшие18,8
28Нормальные26,55
28+2*Оттаявшие22,7

Прим.* Сразу после затворения эти образцы замораживались при температуре минус 20°С в течение 2 суток, затем были помещены в камеру нормального твердения.

Рис 5. Кинетика твердения бетона состава 2 (В/Ц=0,65)

Рис 6. Кинетика твердения бетона состава 2 (В/Ц=0,65). Совмещенное время начала нормального твердения

Читайте так же:
Костный цемент как прекурсор

Отставание прочности замороженных и оттаявших образцов от нормально твердевших больше, т.к. В/Ц больше. Влияние замораживания на бетонные смеси с большим водосодержанием (рисунки 7 и 8) сказывается более резко.

Рис 7. Кинетика твердения нормальных образцов с разным В/Ц

Рис 8. Кинетика твердения оттаявших образцов с разным В/Ц

Заключение

В результате работы были получены следующие выводы:

1) На ранних этапах твердения (до 7 дневного срока) скорости набора прочности равны как для образцов основной партии, так и для контрольных образцов. В более позднем сроке скорость твердения оттаявших образцов снижается, что в результате ведет к снижению прочности.

2) Раннее замораживание бетонной смеси ведёт к снижению прочности, и в данном случае потери составили 6,8% для Состава No1 (В/Ц=0,55), и 14,5% для Состава No2 (В/Ц=0,65). Чем выше содержание воды, тем больше потери прочности. Данная тематика может быть расширена и возможно провести дополнительные исследования, увеличив длительность замораживания, рассмотрев влияние добавок и прочее, для того чтобы получить более подробную информацию об особенностях процессов, рассмотренных в статье.

Кудайбергенова Н.А., Чумадова Л.И., Ватин Н.И., Бакирова И.Г., Браташов А.А., Кабанов А.В., Кинетика набора прочности бетона при раннем замораживании

Влияние температуры на скорость твердения и прочность бетона

Одним из способов ускорения процесса изготовления бетонных изделий и увеличения оборачиваемости форм, используется термическое воздействие на бетонную отливку.

На крупных производствах применяют автоклавную обработку под давлением насыщенного пара 9…16 атм. при температуре около 200 градусов и выше. При этом можно получить марочную прочность уже через 4…6 часов после начала этого процесса.

Получается более прочный бетон , так как при высокой температуре Ca(OH)2 дополнительно связывается с SiO2 в прочное соединение (о котором упоминалось ранее) — гидросиликат кальция.

На малых предприятиях используют пропарку изделий при температуре 70…80 градусов, нагнетая горячий воздух под пленку, которой накрываются отливки.

Такая пропарка только ускоряет процесс твердения бетона (примерно в 2 раза). К тому же позволяет достичь 70% марочной прочности через одни сутки. Этого обычно достаточно, чтобы произвести распалубку и освободить формы для очередной заливки.

При естественной сушке в полиэтиленовой пленке такой результат можно получить только через неделю.

В работах по изготовлению садовых бетонных изделий, о которых рассказывается на страницах kamsaddeco.com, вместо пропарки используются химические добавки (например, формиат натрия). Применяя их совместно, можно еще более ускорить процесс застывания и освобождения форм.

Вместо горячей воды и пара можно использовать термоматы.

Изделие накрывается полиэтиленовой пленкой и сверху на нее укладываются термоматы на 8…12 часов. При этом также получается прочность 70% от марочной, но за более короткое время.

Когда ненужно нагревать бетон

Надо отметить, что если вы захотите использовать глиноземистый цемент, то его пропаривать нельзя. При застывании он выделяет тепла больше в 1,5…2 раза, чем обычный портландцемент. Поэтому он хорошо твердеет при температуре окружающей среды до нуля градусов.

Таким образом, зная природу и химию бетона в совокупности с протекающими в нем процессами, можно подготовить любой состав цементной смеси. Это необходимо для получения декоративного искусственного камня заданной прочности.

Но химия и бетон не единственная важная составляющая. Не только ее надо знать и учитывать при изготовлении прочного бетона.

Гранулометрия — не менее ответственная физическая характеристика. О ней уже было кратко рассказано и можно прочитать в статье про методы составления различных цементных смесей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector