Бетон в30 прочность мпа: Марки бетона купить в Ставрополе

Бетон товарный ГОСТ 7473 — схемы приемки «А-Б-В-Г» и в чем их отличие

Схема А и схема Б — это схемы контроля приемки по которым работает по умолчанию любой производитель бетона (завод-изготовитель). По этим схемам коэффициент вариации однородности качественных показателей и прочности бетона будет колебаться от 6 до 13%.

Схема В и схема Г — это схемы входного контроля, по которым строители — монолитчики контролируют бетон. И если схема «В» учитывает вариацию/однородность смеси, то схема «Г» ее не учитывает и предполагает под собой максимальные значения для каждого класса бетона.

Контроль и оценка прочности и других показателей смеси и бетона должны обязательно учитывать оценку однородности всех качественных характеристик. Коэффициент вариации прочности бетона — показатель, используемый для контроля качества при изготовлении бетонных смесей. Вместе с показателем прочности в МПа, этот показатель очень важен и указывает нам на однородность качества смеси.

Поэтому на больших стройках или ответственных сооружениях, где нет возможности контролировать и учитывать коэффициент вариации прочности бетона, применяется схема Г, по которой к расчетам принимаются максимально-требуемые значения для каждого класса.

В таблице, размещенной внизу страницы, указаны требуемые значения прочности для каждого класса бетона.

Прочность бетона в данной таблице подразделяется на классы. Цифра рядом с буквой «В» указывает на нагрузку, измеряемую в Мегапаскалях — МПа, которую выдерживает контрольный образец бетона до разрушения. Эталонным считается размер куба 150мм*150мм*150мм. Как правило изготавливают образцы размерами в 100*100*100мм для удобства работы .

Бетон – сложная поликомпонентная система, обладающая достаточно разнородной структурой, даже при высокой культуре производства бетонных и железобетонных конструкций. Разность значений полученных при испытаниях, особенно массивных конструкций, закономерна. Задача как производителя бетона товарного, так и производителей монолитных работ добиться максимальной однородности структуры, что, в свою очередь, обусловит высокое качество изделия/конструкции и обеспечит достижение заданных свойств бетона и долговечность конструкций.

В реальных условия заливки практически невозможно сделать так, чтобы бетонная конструкция показывала постоянную прочность на каждом участке. Для этого и введен коэффициент требуемой прочности, учитывая который, можно гарантировать, что показатель прочности на отдельных участках не будет меньше прочности проектного класса бетона.

При заказе бетона указывайте заранее схему, по которой будет производиться бетон.

Схема «Г» обычно производиться с значительным запасом прочности, что влияет на его конечную стоимость.

Требуемое значение прочности для каждого класса

Классы бетона и их характеристики

Важный показатель, свидетельствующий о качестве бетонного раствора, — его класс. На класс бетона,  как и на его марку, покупатели обращают особое внимание при выборе конкретного вида такого стройматериала. Класс бетона представляет собой числовую характеристику определенного его качества, которая гарантированно обеспечена на 95%. То есть это качество сохраняется минимум в 95 случаях из 100. В оставшихся 5 случаях возможно несоблюдение этого свойства.

Класс бетона по прочности на сжатие

Классом смеси по прочности называется степень прочности бетонного образца, выполненного в виде куба. Данный параметр исчисляется в Мпа и показывает давление, выдерживаемое минимум 95 одинаковыми образцами из 100. Класс бетона маркируется буквой «В» и числовым показателем. Существуют классы смеси по прочности от B0,5 до В60.

Применение различных классов бетона:

1. В0,5 — В2,5. Такие смеси используются при выполнении подготовительных работ и создания конструкций, используемых без нагрузки.
2. B3,5 — B5. Эти смеси расходуется в ходе подготовительных операций перед заливкой фундаментов и изготовлением монолитных  плит. Применяются также как бетонная подушка в дорожном строительстве и как основа для укладки бордюрного камня.
3. B7,5. Бетон данной марки применяется для дорожного строительства, для фундаментов, для отмостки и бетонных дорожек. Может использоваться для стяжки пола.
4. B10 — B12,5. Эти смеси используются для создания конструктива. Могут применяться для строительства малоэтажных зданий.
5. B15 — B22,5. Бетоны этих марок являются универсальными. Они применяются для изготовления фундаментов, создания подпорных стен, лестниц, для монолитного перекрытия.
6. B25 — B30. Такие смеси используются для строительства разнообразных ответственных конструкций, в том числе монолитного фундамента, ригелей, плит перекрытия, колонн, емкостей бассейнов и так далее.
7. B35 — B60. Эти бетоны расходуются при строительстве мостов, денежных хранилищ, гидротехнических сооружений и прочих конструкций со спецтребованиями.

Класс бетона по морозостойкости

Чем выше класс бетона, тем большую степень морозостойкости он имеет. Морозостойкостью данных смесей называется их способность сохранять свои свойства после нескольких циклов попеременного замерзания и оттаивания. Так, бетон класса В7,5 способен выдержать 50 таких циклов, а бетон В40 – до 300 циклов. Ниже приведена таблица, в которой указано соответствие класса бетона и степени его морозостойкости.

Степень морозостойкости бетонного раствора может быть увеличена благодаря использованию специальных добавок. Смеси с низкой морозостойкостью используются в условиях умеренного климата и для создания внутренних элементов зданий. Бетон с максимальной морозостойкостью применяется в регионах с холодным климатом, например, в условиях севера.

Классы подвижности бетона

Бетон, как вещество достаточно текучее, обладает определенной подвижностью. Данным понятием называется способность такого раствора заполнять форму, в которую он помещен. Подвижность является параметром удобоукладываемости бетона, которая определяется опытным путем исходя из степени осадки конуса. Для этого бетонный раствор заливается в форме конуса. Его высота должна соответствовать 30 см. После осадки конуса определяется разница между первоначальной высотой и окончательной. Если бетон осел на 5 см и менее, то такая смесь считается жесткой. Раствор с осадком 6-12 см является пластичным.  Бетонные смеси по степени подвижности делятся на классы:

1. П1 – малоподвижные. Осадка конуса такого бетона не превышает 5 см.
2. П2 – подвижные. Конус такого бетона осаживается на 5-10 см.
3. П3 – сильноподвижные. Осадка конуса таких веществ варьируется в пределах 10-15 см.
4. П4 – литые. Конус таких бетонов уменьшается на 15-20 см.
5. П5 – текучие. Осадка конуса этих смесей равняется 21 см и более.

На практике потребители используют те бетонные смеси, подвижность которых достаточна для выполнения необходимой задачи. Наибольшей востребованностью обладает бетон класса П3, так как он достаточно подвижен, но не излишне текуч. Такая бетонная смесь быстро занимает свободное пространство и принимает необходимую форму. Для повышения подвижности растворов используются специальные пластификаторы. Добавление воды вместо таких веществ может сильно ухудшить качество смеси.

Класс бетона на растяжение при изгибе

Бетон – материал универсального назначения. Он используется не только для создания конструкций с прямыми формами, но и для изготовления бетонных изделий с изогнутой формой. Важной характеристикой смесей подобного назначения выступает их класс на растяжение при изгибе. Данный параметр важен также для дорожного бетона. Он обозначается в маркировке числовым показателем после аббревиатуры «Btb» и исчисляется в Мпа. По данному критерию выделяют классы Btb0,4 – Btb8,0 с шагом в 0,4 Мпа. Показатель растяжения при изгибе у бетона всегда ниже нагрузочной способности этой смеси. Данный параметр бетонного раствора учитывается на этапе проектирования здания или бетонной конструкции. Чем выше класс бетона по данному параметру, тем большую нагрузку при изгибе смесь может выдержать без потери свой формы и монолитности.

Класс бетона по водонепроницаемости

С повышением класса бетона увеличивается его степень устойчивости  к влаге. Водонепроницаемость таких смесей обозначается цифровым значением после буквы «W». Соответствие класса бетона и степени его водонепроницаемости отражено в таблице:

Как и степень морозостойкости, водонепроницаемость таких составов может быть увеличена благодаря использованию специальных добавок. Водонепроницаемые бетоны применяются при строительстве гидростанций, бассейнов, отделке ванных комнат и прочих объектов с повышенной влажностью. Смеси с низкой устойчивостью к влаге используются на объектах, где нет необходимости обеспечивать качественную гидроизоляцию.

Как определяется класс бетона?

Современное разнообразие видов бетонов осложняет выбор потребителей. Порой у них возникает необходимость определения класса бетонной смеси. Это необходимо для уточнения его важных характеристик: прочности, морозостойкости, влагонепроницаемости, растяжимости. Определение класса бетона осуществляется разными методами. Для этого может использоваться специализированное оборудование, например, ультразвуковые приспособления, склерометры, а также простой инвентарь – молоток и зубило. Для подобного исследования бетон смешивается в смесителе и заливается в куб определенного размера. После его застывания, которое заканчивается на 28 день, он отправляется в специальную лабораторию для испытаний. Такое исследование позволяет определить фактические показатели конкретного вида бетона. Благодаря этому потребитель сможет ответить на вопрос: подходит ли бетонный раствор для решения конкретной задачи. 

Качество бетона и стандартизация правил контроля его прочности

С.А. ПОДМАЗОВА, канд. техн. наук; Н.Н. КУПРИЯНОВ, канд. техн. наук; Б.А. КРЫЛОВ, доктор техн. наук; А.И. САГАЙДАК, канд. техн. наук Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт бетона и железобетона (НИИЖБ).

Рассматривается фактор комплексного подхода к изготовлению бетона. Только при соблюдении всех составляющих процесса, начиная с процедур контроля прочности бетона и заканчивая соблюдением правил ухода за ним в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных изделий.

В течение последних 10–15 лет в Москве и других регионах России бурно развивается монолитное строительство. Проверка поставляемых на строительный объекты бетонных смесей, контроль прочности бетона в монолитных конструкциях, анализ имеющихся дефектов в них указывают на серьезные проблемы с обеспечением качества в монолитном строительстве. Нередко строительным организациям приходится тратить время и средства на усиление и/или ремонт возведенных конструкций.

Для строительства жилых, общественных зданий и объектов транспортной инфраструктуры из монолитного бетона изготавливаются и поставляются на строительные площадки готовые бетонные смеси. По оценке специалистов, ежегодный объем таких поставок в масштабе страны составляет порядка 40 млн м3.

В строительной практике бетонные смеси, в зависимости от требований проекта или условий договора, поставляются с заданной проектной прочностью (обычно назначаемой как класс бетона по прочности на сжатие) и дополнительно, в зависимости от назначения объекта, заданной маркой бетона по водонепроницаемости и маркой по морозостойкости. Все эти показатели должны контролироваться согласно процедурам, указанным в соответствующих стандартах.

В настоящей статье речь будет идти о влиянии систем контроля прочности на качество бетона монолитных и сборных железобетонных конструкций.

Соответствующая идеология контроля прочности, как и любого другого показателя качества, направлена на обеспечение стабильности заданного показателя в рамках допустимого статистического разброса. Так, показатель прочности бетона должен соответствовать средней прочности для заданного класса бетона.

В период централизованного управления экономикой одним из концептуальных требований государственной политики в области строительства была экономия материалов. Практически все научные результаты в строительных НИИ, включая диссертационные работы, должны были заканчиваться показателями достигаемой экономии при применении этого результата на практике — «внедрении», как тогда было принято говорить.

Одним из важнейших фондируемых, т. е. распределяемых централизованно, материалов был цемент. Экономия цемента была одной из главных целей при разработке новых и пересмотре старых стандартов. Поскольку прочность бетона зависит, главным образом, от водоцементного отношения и зависимого от этого показателя расхода цемента на единицу объема, то одной из задач стандартизации была разработка процедур, которые вели бы к снижению расхода цемента. Иными словами, стандарт должен был разрешать легально снижение прочности бетона в конструкции. А иногда не просто разрешать, но и обязывать снизить прочность бетона. Этого подхода не избежали и СНиП «Типовые нормы расхода цемента» и, естественно, стандарты, определяющие правила контроля прочности.

Во всех строительных нормах, вплоть до ГОСТ 26633, регламентировалась минимальная типовая норма расхода цемента, например для армированных железобетонных изделий — 220 кг/м3в нормальных условиях.

Следующий и действующий в настоящее время СНиП 82-02-95 «Федеральные (типовые) элементные нормы расхода цемента при изготовлении бетонных и железобетонных конструкций» был разработан с позиции упрощения назначения теоретического расхода цемента на 1 м³ бетона. Нормы расхода цемента были разработаны из условия приготовления бетонов на портландцементе марки 400 и его разновидностей с определёнными фракцией щебня и модулем крупности песка. При применении других составляющих бетонной смеси следует пользоваться различными поправочными коэффициентами.

Применение химических добавок рекомендуется этим СНиП не для всех бетонов, а только для бетонов, к которым предъявляются требования по морозостойкости и водонепроницаемости. Ограничения по минимальным классам бетона по прочности на сжатие для обеспечения морозостойкости и водонепроницаемости в этом документе отсутствуют. Однако следует отметить, что отсутствие требований по назначению минимальной прочности бетонов, эксплуатирующихся в средах с агрессивным воздействием на конструкции, например дорожные и гидротехнические сооружения (ГОСТ 26633 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия»), частично компенсировались требованиями по обязательному воздухововлечению и ограничению максимального значения водоцементного отношения.

Сравнивая нормы расхода цемента, можно сказать, что за 30 лет рекомендуемые расходы цемента снизились в среднем на 1 7–20% для бетонов всех классов по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости при фактически таком же качестве самого цемента.

Стандарт «Бетоны. Правила контроля прочности» насчитывает уже несколько десятилетий своей истории. Так, разработанный в 1972 г. стандарт устанавливал методы контроля прочности и однородности на заводах по производству готовых бетонных смесей и комбинатах по изготовлению сборных железобетонных конструкций. В этом документе указывалось, что контроль и оценка прочности и однородности бетона должны быть направлены на достижение постоянства показателей, принятых для данной марки бетона.

Оценка прочности бетона должна выполняться сопоставлением фактической средней прочности контрольных образцов бетона в партии с требуемой средней прочностью. Прочность бетона в партии признается отвечающей требуемой, если фактическая средняя прочность бетона в партии не менее требуемой средней партионной прочности. Требуемая прочность бетона определялась как величина, устанавливаемая лабораторией БСУ в процентах от нормируемой прочности с учетом фактической однородности бетона.

В ГОСТе 1980 г. в разделе «Правила приемки бетона по прочности» был сохранен такой же подход к контролю прочности бетона. Но при высокой однородности показателей прочности бетона уже требовалось назначать более низкую прочность, которая была равна или несколько выше требуемой прочности. Например, если за анализируемый предшествующий период на заводе был получен коэффициент вариации прочности Vn=7%, то было достаточно при проектной марке бетона М400, выпускаемой в данный момент (контролируемый период), обеспечить прочность, равную 340 кгс/см2.

В 1980-х годах нормирование бетона по прочности перешло от марок к классам.

В редакции ГОСТ 18105 1986 г. уже указаны классы бетона по прочности и принято, что показатели, которые близки к значению класса, считаются принадлежащими к этому классу. Так, марка бетона М400 примерно соответствует классу бетона В30 (средняя прочность класса 393 кгс/см2 при Vn=13,5%).

В соответствии с требованиями ГОСТ 18105–86, при получении коэффициента вариации прочности за анализируемый (т. е. предшествующий) период производства бетона, например 7%, требуемая средняя прочность класса бетона ВЗО в контролируемый (т. е. текущий) период должна быть равна 32,4 МПа.

Для того чтобы в следующий контролируемый период выпускать бетон с пониженной требуемой прочностью 32,4 МПа, следует разработать состав бетона с обеспечением среднего уровня его прочности, который должен быть выше требуемой всего на 4%. При этом результат по прочности подобранного состава бетона станет известен разработчику лишь через 28 суток.

Указанные 4% — это разрешённая поправка на предполагаемый разброс прочности бетона в серии и/или на возможную ошибку при дозировании составляющих бетонной смеси. Иными словами, стандарт разрешал разрабатывать составы бетона практически на минимально допустимое значение прочности.

Требуемая прочность, согласно этому стандарту, равна минимально допустимому значению фактической прочности бетона в партии, которая вычисляется на основании показателей однородности, полученных на предыдущем этапе процесса производства. Чем выше однородность показателей прочности бетона, тем ближе может быть средняя фактическая (т. е. требуемая) прочность к значению класса. И с такими значениями прочности поставку бетона на объекты строительства стандарт разрешает.

В 2008 г. была подготовлена новая редакция стандарта ГОСТ 18105, где требования к назначению фактической прочности класса не изменились.

Как может влиять на качество бетона монолитных конструкций разрешаемое прежним и только что утверждённым стандартом «вылизывание» всех возможных прочностных запасов бетона на стадии его приготовления? Основное положение ГОСТ 1972 г. говорит о том, что контроль и оценка однородности с применением статистических методов необходимы для достижения постоянства производственного процесса и принятых при расчете величин нормативных сопротивлений. В редакции ГОСТа 2008 г. о постоянстве производственного процесса уже не упоминается, основная цель — обеспечить значения заданного класса бетона по прочности. Например, класс бетона по прочности ВЗО, в зависимости от величины коэффициента вариации, полученного в предшествующий период производства, может быть обеспечен в диапазонах изменения прочности от 32,1 МПа до 42,9 МПа. Оба эти показателя прочности соответствуют значению класса бетона по прочности на сжатие ВЗО, только первый при коэффициенте вариации 7%, второй — 16%.

На предприятии с недостаточно налаженной технологией производства всегда присутствует соблазн указать пониженный коэффициент вариации по результатам заводского контроля прочности, с тем, чтобы подогнать полученную прочность под необходимый класс, согласно требованию заказчика на поставку бетона, при его пониженной фактической и средней прочности. Различные бетоносмесительные узлы могут поставлять на один и тот же объект бетонную смесь, спроектированную на получение прочности в готовой конструкции от 32,1 до 42,9 МПа, и этот бетон будет одного и того же класса по прочности.

Иными словами, при поставке бетонной смеси от нескольких заводов-изготовителей на объект (а это широко распространённая ситуация), величина средней прочности бетона одного и того же класса может существенно различаться. Укладка бетона одного заказанного класса, но с различной средней прочностью приведёт к увеличению разброса прочности бетона в готовой конструкции. Может даже получиться, что проектный класс бетона будет не обеспечен. В реальной практике ощутимые разбросы по прочности в пределах готовой конструкции являются массовым явлением.

Представим, что на объект поставили бетон с одинаковой заводской прочностью 31,2 МПа, что соответствует классу ВЗО при коэффициенте вариации 7%. Бетон уложен в опалубку, укрыт, выдержан в соответствии с правилами производства работ и через 28 суток, будучи проверен не-разрушающими методами, показывает прочность- как раз те самые 31,2 МПа, что были заданы на заводе. Согласно п. 7.4 того же ГОСТ 18105, для того чтобы определить условный класс, эту величину необходимо умножить на 0,8, следовательно, в конструкции условный класс бетона по прочности на сжатие будет равен не ВЗО, а В25, т. е. ниже проектного. Таким образом, минимизация требований по прочности приводит при определённых условиях к необеспечению проектного класса бетона в конструкции.

Выход видится в изменении требований ГОСТ 53231, а именно в том, чтобы изложить требования в стандарте в следующей редакции: состав бетона следует производить с обеспечением средней прочности класса, принятой из предположения, что коэффициент вариации равен 13,5% плюс запас в 10%. Этот подход позволяет быть уверенным в том, что требования к бетону по прочности будут обеспечены после доставки бетонной смеси на стройплощадку. Имеется в виду, что укладка, уплотнение и уход за бетоном в процессе набора прочности даёт дополнительный разброс по прочности бетона в конструкции. Зарубежный опыт монолитного строительства, существующая нормативная база подтверждает целесообразность такого подхода.

Есть ряд бетонно-смесительных узлов, которые уже сегодня выпускают бетон с обеспечением средней прочности класса, исходя из предположения, что коэффициент вариации Vn=13,5%. На объект строительства поставляется бетон с несколько завышенными показателями относительно требуемой прочности, но с большей вероятностью обеспечения проектных характеристик. По этому пути идут БСУ, поставляющие бетон на объекты транспортного строительства. По распоряжению Мостовой инспекции и центральной лаборатории «Мостотреста» номинальный состав бетона разрабатывается на среднюю прочность класса при Vn=13,5% и еще дополнительно 10%. При таком подходе обеспечивается средняя прочность в пределах средней прочности класса при Vn=13,5% и более высокая однородность бетона при всех равных условиях.

Теперь рассмотрим контроль качества бетона сборных конструкций. На ныне действующих предприятиях ЖБИ и ДСК при приемке партии готовых изделий ведется контроль прочности двух видов: при передаче напряжения с упоров форм или стендов на бетон (передаточная прочность) и отпуске продукции потребителю (отпускная прочность). Предприятие при всех условиях должно гарантировать достижение бетоном проектной прочности в возрасте 28 суток.

ГОСТ 1972 г. содержит таблицу 3, где указано, что следует снижать отпускную проектную прочность на 1 5%, если коэффициент вариации не превышает 5%, при испытании одной серии из 6 опытных образцов.

В аналогичном ГОСТе 1980 г. указано, что снижение отпускной или передаточной прочности ниже проектной допустимо, если ведется проверка выполнения технологических требований. В правилах приемки готовой продукции сказано, что если фактическая средняя прочность не ниже требуемой, т. е. если коэффициент вариации в партии равен 5% и ниже, то разрешается, в зависимости от количества испытанных образцов, снижение отпускной и передаточной прочности, соответственно, на 8–18%.
ГОСТ 1986 г. повторяет версию предыдущих стандартов, но дана таблица (приложение 4, справочное), согласно которой в зависимости от нормируемой величины отпускной прочности, от группы цементов по эффективности пропаривания, продолжительности тепловой обработки необходимо назначить отпускную прочность, увеличенную до 45%. В примечании к этой таблице указано, что следует применять следующие технологические приемы: удлинить цикл тепловой обработки, применять добавки-ускорители твердения или применять цементы только I группы эффективности при пропаривании. Все эти предложения практически невыполнимые. И в этом же стандарте, с другой стороны, предлагается при высокой однородности по прочности снижать отпускную или передаточную прочность.

Наконец, в упоминаемом выше ГОСТ 2008 г. «Бетоны. Правила контроля прочности» указаны такие же подходы к назначению отпускной или передаточной прочности. Все эти приёмы, направленные на экономию цемента, ведут к тому, что в конструкции на стадии строительства закладывается пониженный эксплуатационный ресурс. И не случайно обследование и разработка рекомендаций по усилению железобетонных конструкций как монолитных, так и сборных составляют сегодня весомую долю в объеме работ различных проектных и исследовательских организаций.

На основании вышеизложенного для повышения качества бетона конструкций, в первую очередь — показателей качества по прочности, необходимо пересмотреть уровень требований обеспечения прочности как отпускной и передаточной, так и проектной (соответственно классу бетона по прочности).

Анализ методов по определению прочности и назначению рабочего (номинального) состава в зависимости от уровня по лученной однородности по ГОСТ 18105 выпуска 1972, 1980, 1986 и 2008 гг. показывает, что следует разработать другие подходы по назначению рабочего (номинального) состава, а также уровня прочности при назначении отпускной, передаточной и проектной прочности в сборном железобетоне и бетоне, изготовленном из готовых бетонных смесей.

В сборном железобетоне отпускную, передаточную и проектную прочность следует обеспечивать на уровне проектных требований или выше вне зависимости от показателей однородности бетона по прочности, полученной за анализируемый период.

При производстве готовых бетонных смесей (товарного бетона) для монолитных конструкций необходимо в стандарте установить уровень средней прочности и поддерживать ее вне зависимости от показателя однородности бетона по прочности, полученного в анализируемом периоде. Кроме того, следует строго выдерживать правила ухода за бетоном после его укладки.

На заводах сборного железобетона и на бетонно-смесительных узлах контроль прочности с определением однородности бетона по прочности следует проводить с целью оценки стабильности показателей выпускаемой продукции.

Только при комплексном подходе к изготовлению бетона, начиная с процедур контроля его прочности и заканчивая соблюдением правил ухода за бетоном в готовой конструкции, можно рассчитывать на обеспечение надлежащего качества железобетонных конструкций.

Журнал «Технологии бетонов», №5, 2009.

Все публикации


Архив по годам: 2006; 2008; 2013; 2015; 2016; 2018; 2019; 2020;

Класс и марка бетона

Определение

Основной показатель, которым характеризуется бетон – предел прочности на сжатие, по которому устанавливаются класс и марка бетона.

Показатели «класс» и «марка» означают прочность на сжатие бетона, но с небольшими отличиями: в марках указывается среднее значение прочности, а в классах – гарантированная прочность с погрешностью 13,5% (коэффициент вариации).

Прочность бетона на сжатие задается классами. Согласно СНиП 2.03.01-84 «Бетонные и железобетонные конструкции», класс обозначается латинской буквой «B» и цифрами, показывающими выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа). Например, обозначение «В25» означает, что бетон данного класса в 95% случаев выдерживает давление 25 МПа. Наряду с классами, прочность бетона также задается марками, обозначаемыми латинской буквой «М» и цифрами от 50 до 1000, означающимиусредненный предел прочности на сжатие в кгс/см².

На сегодняшний день в соответствии с СТ СЭВ 1406 в проектах бетон указывается в классах. Несмотря на то, что по нормативам бетон должен указываться в классах, большинство строительных организаций заказывают бетон в марках.

На прочность бетона влияет ряд факторов:

1. Активность цемента. Более прочные бетоны получаются на цементах повышенной активности.
2. Содержание цемента. С повышением содержания цемента в бетоне его прочность растет до определенного предела, а затем изменяется незначительно.
3. Водоцементное отношение. С уменьшением В/Ц прочность повышается, что определяется структурой бетона: избыточная вода образует поры в бетоне, которые снижают его прочность.
4. Качество заполнителей. Применение мелкозерновых заполнителей, наличие глины и мелких пылевидных фракций, органических примесей уменьшает прочность бетона.
5. Качество перемешивания и степень уплотнения бетонной смеси. Прочность бетона повышается при вибро- и турбосмешении, а также при уплотнении бетонной смеси.

Соответствие между классом и маркой бетона

ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжёлые и мелкозернистые. Технические условия» устанавливает следующее соответствие между марками и классами при коэффициенте вариации прочности бетона 13,5 %.

Измерение прочности на сжатие бетона

В лабораторных условиях прочность на сжатие бетона определяют по специально изготовленным контрольным образцам (ГОСТ 10180), в конструкциях (ГОСТ 22690-88), по образцам, отобранным из конструкций (ГОСТ 28570-90). А приготовить образцы для проверки марки бетона на соответствие заявленной возможно и на строительной площадке. Для этого необходимо:

1. Сделать из дерева несколько форм для заливки в виде куба с внутренними гранями 10х10х10 см.
2. Увлажнить формы перед заливкой бетона (чтобы дерево не впитало в себя много воды).
3. Взять пробу бетона при разгрузке с лотка миксера (автобетоносмесителя).
4. Отлить несколько кубиков бетона, для чего залить в приготовленные формы взятую пробу бетона.
5. Тщательно уплотнить залитую смесь в форме, для чего проштыковать смесь металлическим штырем (чтобы вышел лишний воздух и в пробе не оказалось пустот, раковин и т.п.). Можно уплотнить пробу постукивая по форме молотком.
6. Выдержать отлитые кубы при температуре около 20°С и влажности 90%, исключая попадания света.
7. Через 28 дней пробу бетона передать в лабораторию для проведения экспертизы. Часть образцов возможно передать в лабораторию на промежуточных стадиях твердения (3, 7, 14 дней) для предварительной экспертизы.

Прочность бетона. Классы и марки бетона по прочности и как они определяются

Прочность бетона – это способность вещества, после его затвердевания, выдерживать физические, химические и механические нагрузки и воздействия. Это ключевая характеристика, которая играет определяющую роль при определении способов строительства и дальнейшей эксплуатации бетонных конструкций и сооружений.

Определение и установление прочностных показателей бетона является очень важным аспектом строительства. Застройщик обязан учитывать этот показатель перед тем, как сдавать объект. Заказчик так же должен внимательно подойти к прочности бетона, чтобы избежать опасных жизней людей ситуаций. Для начала, давайте рассмотрим разновидности современного бетона.

Существует несколько групп по весу бетона:

• Суперлёгкие;
• Лёгкие;
• Тяжёлые;
• Очень тяжёлые.

Изготовление и подготовка бетонной смеси немаловажный процесс, от которого напрямую зависят дальнейшие характеристики бетонных изделий. Помимо основных ресурсов, используемых для создания смеси, допускается применение добавок, которые позволяют не только усилить уже имеющиеся свойства смеси, но и наделить её новыми. За более подробной информацией о добавках Polytem ®, обращайтесь к нашим специалистам или перейдите на соответствующий раздел сайта.

Марки бетона по прочности

Для определения прочности бетона, из подготовленной смеси создаётся небольшой кубик, грани которого равны 15 см. Образец подвергается испытаниям. На него оказывается механическое давление. Наибольшее значение давления, которое способен выдержать куб, указывается в наименовании марки бетона, для обозначения марки используется литера «М». Например, бетон марки М100 способен выдерживать давление 98кгс/см2 (килограмм-сила). На сегодняшний день, существует семь наиболее распространённых марок, используемых в самых разных сферах.

Класс бетона по прочности

Распределение бетонов на классы по прочности происходит по аналогичному способу, как и с распределением по маркам. Для определения класса используется литера «В». В данном случае меняется единица измерения и учитываются физико-химические аспекты используемых наполнителей, затворителей, связующего, способа заливки. Единицей измерения является Мпа (мегапаскаль). Технические тесты и испытания проводятся по ГОСТ 18105-2010 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности». Для более наглядного примера давайте рассмотрим соотношение марки бетона к классу, основные области применения и допустимые нагрузки.

Таблица марки и класса бетона по прочности

Как можно повысить класс и марку бетона?

Для того, чтобы усилить набор прочности бетона, допускается использование дополнительных наполнителей, затворителей или связывающего вещества. Наиболее распространённым примером является добавление полипропиленовой фибры в бетонную смесь, что позволяет повысить раннюю и конечную прочность бетона.

Мы же настоятельно вам рекомендуем воспользоваться качественным продуктом, добавкой в бетон для набора прочности Polytem ® Force. Этот продукт гарантированно усилит прочностные характеристики вашей смеси, увеличит её твёрдость и эксплуатационный период.

Сфера эксплуатации в зависимости от прочности

В зависимости от принадлежности к той или иной марке или классу, смесь может использоваться для совершенно разных целей. Давайте рассмотрим наиболее популярные и востребованные.

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

• М100 – лёгкий бетон, используемый на подготовительных и начальных этапах строительства. С его помощью осуществляется подготовка к заливке монолитных стен, арматурных работ. Из него устанавливаются бордюры и поребрики;
• М150 – Спектр применения совпадает с указанной выше маркой. Имеет более высокую прочность;
• М200 – самая востребованная и наиболее часто используемая марка. Используется для множества целей – от укладки дорог и тротуаров и заканчивая возведением зданий с повышенной нагрузкой;
• M250 – Область использования совпадает с предыдущей маркой, имеет чуть более высокие показатели прочности;
• М300 – производство блоков несущих стен, плит перекрытия, заборов и т.д. Применяется для монолитной заливки;
• М350 – отличается высокой прочностью, применяется для строительства аэродромов, несущих элементов;
• M400 – изготовление ЖБИ, возведение зданий и конструкций, подвергаемых более высокой нагрузке. Гидротехнические сооружения, заводы, крупные строения и т.д;
• М450 – строительство тяжёлый и массивных объектов – плотины, метро и т.д.;
• M500 – строительство ЖБИ-конструкций.

Как мы видим, данный материал выпускается и изготавливается в различных вариациях. Обязательно обращайтесь к специалистам для получения бесплатной консультации. Ну а мы рекомендуем вам ознакомиться с другими статьями в нашем информационном разделе и ознакомиться с продукцией, с помощью которой вы сможете улучшить характеристики и свойства вашей смеси.

Средняя прочность бетона на сжатие. Классы и марки. Прочность

Класс бетона (В)
— показатель прочности бетона на сжатие и определяется значениями от 0,5 до 120, которые показывают выдерживаемое давление в мегапаскалях (МПа), с вероятностью 95%. Например, класс бетона В50 означает, что данный бетон в 95 случаев из 100 выдержит давление на сжатие до 50 МПа.

По прочности на сжатие бетоны подразделяют на классы:

• Теплоизоляционные
  (В0,35 — B2).
• Конструкционно-теплоизоляционные
  (В2,5 — В10).
• Конструкционные бетоны
  (В12,5 — В40).
• Бетоны для усиленных конструкций
  (от В45 и выше).

Класс бетона по прочности на осевое растяжение

Обозначается «Bt»
и соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 и принимается в пределах от Bt 0,4 до Bt 6.

Марка бетона

Наряду с классом прочность бетона также задается маркой и обозначается латинской буквой «М»
. Цифры означают предел прочности на сжатие в кгс/см 2 .

Разница между маркой и классом бетона не только в единицах измерения прочности (МПа и кгс/см 2), но и в гарантии подтверждения этой прочности. Класс бетона гарантирует 95%-ю обеспеченность прочности, в марках используется среднее значение прочности.

Класс бетона прочности по СНБ

Обозначается буквой «С».
Цифры характеризуют качество бетона: значение нормативного сопротивления / гарантированная прочность (на осевое сжатие, Н/мм 2 (МПа)).

Например, С20/25: 20 — значение нормативного сопротивления fck, Н/мм 2 , 25 — гарантированная прочность бетона fс, Gcube, Н/мм 2 .

Применение бетонов в зависимости от прочности

Средняя прочность бетона

Среднюю прочность бетона (R) каждого класса определяют при нормативном коэффициенте вариации. Для конструктивных бетонов v=13,5%, для теплоизоляционных бетонов v=18%.

R = В /

где В — значение класса бетона, МПа;
0,0980665 — переходной коэффициент от МПа к кг/см 2 .

Таблица соответствия классов и марок

Определение предварительного состава тяжелого бетона

Цель:
Определение удобоукладываемости бетонной смеси, корректировка состава, определение расхода материалов, коэффициент выхода бетона, определение марки бетона (ГОСТ 10180-90).

Прочность бетона характеризуется классом или маркой. Класс бетона представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона (МПа×10).

Класс и марку определяют чаще всего в возрасте 28 сут., хотя в зависимости от времени нагружения конструкций могут и в другом возрасте. Классы назначают при проектировании конструкций с учетом требований стандарта СЭВ 1406-78, марки- без учета требований этого стандарта.

По прочности на сжатие тяжелый бетон подразделяется на классы: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В22,5; В25; В27,5; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В75; В80 или марки: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500; М600; М700; М800, легкий – на классы: В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В17,5; В20; В22,5; В25; В30 или марки: М35; М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350; М400; М450; М500.

Между средней прочностью R b и классом бетона В при коэффициенте вариации V=0,135 иммется зависимость:

Оборудования и материалы:
проба бетонной смеси, формы для изготовления образцов, гидравлический пресс, штангенциркуль, стальной стержень диаметром 16 мм, кельма, секундомер, лабораторная виброплощадка, камера нормального твердения.

Проведение испытаний.
Прочность бетона при сжатии определяют испытанием серии образцов-кубов с размерами ребер 70, 100, 150, 200 и 300 мм или цилиндров диаметром 70, 100, 150 и 200 мм с высотой, равной двум диаметрам. Размеры образцов зависят от крупности щебня (гравия) и принимаются по таблице 1. За эталон принят куб с ребром 150 мм.

При испытании конструкционно- теплоизоляционного бетона на пористых заполнителях изготавливают образцы с наименьшим размером 150 мм независимо от крупности заполнителя.

Таблица 11.1

Размеры образцов в зависимости от крупности щебня (гравия)

Количество образцов в серии зависит от внутри серийного коэффициента вариации и принимается: ≥ 2 при V з ≤5%, 3-4 при 8>V з >5 и 6- при V з >8.

Формы заполняют бетонной смесью слоями по высоте не более 100 мм и независимо от удобоукладываемости штыкуют стержнем диаметром 16 мм от краев к середине формы из расчета один нажим на 10см 2 верхней открытой поверхности.

Бетонные смеси с подвижностью менее 10 см и жесткостью менее 11 с дополнительно уплотняют вибрированием на лабораторной площадке с частотой колебаний 2900±100 и амплитудой 0,5±0,05, причем форма с бетонной смесью должна быть закреплена жестко. Вибрируют до полного уплотнения и прекращают, когда поверхность бетона выравнивается, на ней появится тонкий слой цементного теста и прекратятся выделятся пузырьки воздуха. Поверхность образца заглаживают.

При изготовлении образцов из бетонной смеси жесткостью более 11 с смесь уплотняют вибрированием на виброплощадке с пригрузом, обеспечивающим давление, принятое на производстве, но не менее 0,004 МПа. Бетонной смесью заполняют форму с некоторым избытком, примерно до половины высоты насадки, укладывают сверху пригруз и встряхивают до прекращения оседания пригруза и еще дополнительно 5-10 с.

Образцы для твердения в условиях нормальной влажности вначале хранят в формах, покрытых влажной тканью, при температуре (20±5) 0 С. Для бетонов классов В7,5 и выше их освобождают от форм не ранее чем через 24ч, классов В5 и ниже- через 48-72 ч и затем помещают в камеру с температурой (20±3) 0 С и относительной влажностью воздуха (95±5) 0 С.

Испытания на сжатие выполняют на гидравлическом прессе с точностью показаний ±2%. Пресс должен иметь шаровую опору на одной из опорных плит. Шкалу силоизмерителя пресса выбирают из условия, что разрушающая нагрузка должна находится в интервале 20-80% от максимальной, допускаемой шкалой. Нагрузка должна возрастать непрерывна и равномерно со скоростью (0,6±0,4) МПа/с до разрушения образца.

Образцы – кубы испытывают таким образом, чтобы сжимающая сила была направлена параллельно слоям укладки бетонной смеси в формы, при испытании образцов-цилиндров- перпендикулярно слоям укладки. Далее определяют площадь сдавливания, для чего замеряют размеры образцов с точностью до 1%.

В образцах- кубах каждый линейный размер вычисляют как среднее арифметическое значение из двух измерений посредине противоположных граней. Диаметр образца – цилиндра определяют как среднее арифметическое значение результатов четырех измерений (по два взаимно перпендикулярных измерения диаметра на каждом торце).

Обработка результатов. Предел прочности отдельного образца при сжатии определяют по формуле:

R b . c , =αP/F

где R b . c
— предел прочности бетона при сжатии, МПа; Р- разрушающая нагрузка, Н; F- площадь образца, м 2 ; α

— масштабный коэффициент для перевода к прочности образца- куба с ребром 15 см, который допускается принимать по Таблице 11.2.

Предел прочности бетона определяют как среднее арифметическое значение пределов прочности испытанных образцов. Результаты испытания записывают в Таблицу 11.3

Таблица 11.2Значения масштабных коэффициентов

Таблица 11.3Определение прочности бетона при сжатии

Прочность – это техническая характеристика, по которой определяется способность выдерживать механические или химические воздействия. Для каждого этапа строительства требуются материалы с разными свойствами. Для заливки фундамента здания и возведения стен применяется бетон разных классов. Если использовать материал с низким прочностным показателем для строительства конструкций, которые будут подвергаться значительным нагрузкам, то это может привести к растрескиванию и разрушению всего объекта.

Как только в сухую смесь добавляется вода, в ней начинается химический процесс. Скорость его протекания может увеличиваться или уменьшаться из-за многих факторов, например, температуры или влажности.

Что влияет на прочность?

На показатель оказывают влияние следующие факторы:

• количество цемента;
• качество смешивания всех компонентов бетонного раствора;
• температура;
• активность цемента;
• влажность;
• пропорции цемента и воды;
• качество всех компонентов;
• плотность.

Также он зависит количества времени, которое прошло с момента заливки, и использовалось ли повторное вибрирование раствора. Наибольшее влияние оказывает активность цемента: чем она выше, тем больше получится прочность.

От количества цемента в смеси также зависит прочность. При повышенном содержании он позволяет увеличить ее. Если же использовать недостаточное количество цемента, то свойства конструкции заметно снижаются. Увеличивается этот показатель лишь до достижения определенного объема цемента. Если засыпать больше нормы, то бетон может стать слишком ползучим и дать сильную усадку.

В растворе не должно быть слишком много воды, так как это приводит к появлению в нем большого количества пор. От качества и свойств всех компонентов напрямую зависит прочность. Если для замешивания использовались мелкозернистые или глинистые наполнители, то она снизится. Поэтому рекомендуется подбирать компоненты с крупными фракциями, так как они значительно лучше скрепляются с цементом.

От однородности замешанной смеси и применения виброуплотнения зависит плотность бетона, а от нее – прочность. Чем он плотнее, тем лучше скрепились между собой частицы всех компонентов.

Способы определения прочности

По прочности на сжатие узнаются эксплуатационные характеристики сооружения и возможные на него нагрузки. Вычисляется этот показатель в лабораториях на специальном оборудовании. Используются контрольные образцы, сделанные из того же раствора, что и отстроенное сооружение.

Также вычисляют ее на территории строящегося объекта, узнать можно разрушаемым или неразрушаемым способами. В первом случае либо разрушается сделанная заранее контрольная проба в виде куба со сторонами 15 см, либо с помощью бура из конструкции берется образец в виде цилиндра. Бетон устанавливается в испытательный пресс, где на него оказывается постоянное и непрерывное давление. Его увеличивают до тех пор, пока проба не начнет разрушаться. Показатель, полученный во время критической нагрузки, применяется для определения прочности. Этот метод разрушения пробы является самым точным.

Для проверки бетона неразрушаемым способом используется специальное оборудование. В зависимости от типа приборов он делится на следующие:

• ультразвуковой;
• ударный;
• частичное разрушение.

При частичном разрушении на бетон оказывают механическое воздействие, из-за чего он частично повреждается. Провести проверку прочности в МПа этим методом можно несколькими способами:

• отрывом;
• скалыванием с отрывом;
• скалыванием.

В первом случае к бетону на клей крепится диск из металла, после чего его отрывают. То усилие, которое потребовалось для его отрыва, и используется для вычисления.

Метод скалывания – разрушение скользящим воздействием со стороны ребра всего сооружения. В момент разрушения регистрируется значение приложенного давления на конструкцию.

Второй способ – скалывание с отрывом – показывает наилучшую точность по сравнению с отрывом или скалыванием. Принцип действия: в бетоне закрепляются анкера, которые впоследствии отрываются от него.

Определение прочности бетона ударным методом возможно следующими путями:

• ударный импульс;
• отскок;
• пластическая деформация.

В первом случае фиксируется количество энергии, создаваемой в момент удара по плоскости. Во втором способе определяется величина отскока ударника. При вычислении методом пластической деформации используются приборы, на конце которых расположены штампы в виде шаров или дисков. Ими ударяют о бетон. По глубине вмятины вычисляются свойства поверхности.

Метод с помощью ультразвуковых волн не является точным, так как результат получается с большими погрешностями.

Набор прочности

Чем больше прошло времени после заливки раствора, тем выше стали его свойства. При оптимальных условиях бетон набирает прочность на 100 % на 28-ой день. На 7-ой день этот показатель составляет от 60 до 80 %, на 3-ий – 30 %.

• n – количество дней;
• Rb(n) – прочность на день n;
• число n не должно быть меньше трех.

Оптимальной температурой является +15-20°C. Если она значительно ниже, то для ускорения процесса затвердения необходимо использовать специальные добавки или дополнительный обогрев оборудованием. Нагревать выше +90°C нельзя.

Поверхность должна быть всегда влажной: если она высохнет, то перестает набираться прочность. Также нельзя допускать замерзания. После полива или нагрева бетон снова начнет повышать свои прочностные характеристики на сжатие.

График, показывающий, сколько времени требуется для достижения максимального значения при определенных условиях:

Марка по прочности на сжатие

Класс бетона показывает, какую максимальную нагрузку в МПа он выдерживает. Обозначается буквой В и цифрами, например, В 30 означает, что куб со сторонами 15 см в 95% случаев способен выдержать давление 25 МПа. Также прочностные свойства на сжатие разделяют по маркам – М и цифрами после нее (М100, М200 и так далее). Эта величина измеряется в кг/см 2 . Диапазон значений марки по прочности – от 50 до 800. Чаще всего в строительстве применяются растворы от 100 и до 500.

Таблица на сжатие по классам в МПа:

М50, М75, М100 подходят для строительства наименее нагружаемых конструкций. М150 обладает более высокими прочностными характеристиками на сжатие, поэтому может применяться для заливки бетонных стяжек пола и сооружения пешеходных дорог. М200 используется практически во всех типах строительных работ – фундаменты, площадки и так далее. М250 – то же самое, что и предыдущая марка, но еще выбирается для межэтажных перекрытий в зданиях с малым числом этажей.

М300 – для заливки монолитных оснований, изготовления плит перекрытий, лестниц и несущих стен. М350 – опорные балки, фундамент и плиты перекрытий для многоэтажных зданий. М400 – создание ЖБИ и зданий с повышенными нагрузками, М450 – плотины и метро. Марка меняется в зависимости от количества содержащегося в нем цемента: чем больше его, тем она выше.

Чтобы перевести марку в класс, используется следующая формула: В = М*0,787/10.

Перед сдачей в эксплуатацию любого здания или другого сооружения из бетона оно обязательно должно быть проверено на прочность.

Прочность — главное свойство бетона

Важнейшим свойством бетона является прочность.
Лучше всего бетон сопротивляется сжатию. Поэтому конструкции проектируют таким образом, чтобы бетон воспринимал сжимающие нагрузки. И только в некоторых конструкциях учитывается прочность на растяжение или на растяжение при изгибе.

Прочность при сжатии
. Прочность бетона при сжатии характеризуется классом или маркой (которые определяют в возрасте 28 суток). В зависимости от времени нагружения конструкций прочность бетона может определяться и в другом возрасте, например 3; 7; 60; 90; 180 суток.

В целях экономии цемента, полученные значения предела прочности не должны превышать предел прочности, соответствующей классу или марке, более чем на 15%.

Класс представляет собой гарантированную прочность бетона в МПа с обеспеченностью 0,95 и имеет следующие значения: В b 1; В b 1,5; В b 2; В b 2,5; В b 3,5; В b 5; B b 7,5; В b 10; В b 12,5; В b 15; В b 20; В b 25; В b 30; В b 35; В b 40; В b 50; В b 55; В b 60. Маркой называется нормируемое значение средней прочности бетона в кгс/см 2 (МПах10).

Тяжелый бетон имеет следующие марки при сжатии: М b 50; М b 75; М b 100; М b 150; М b 200; М b 250; М b 300; М b 350; М b 400; М b 450; М b 500; М b 600; М b 700; М b 800.

Между классом бетона и его средней прочностью при коэффициенте вариации прочности бетона n = 0,135 и коэффициенте обеспеченности t = 0,95 существуют зависимости:

В b = R b х0,778, или R b = В b / 0,778.

Соотношение классов и марок для тяжелого бетона

При проектировании конструкций обычно назначают класс бетона, в отдельных случаях — марку. Соотношение классов и марок для тяжелого бетона
по прочности на сжатие приведены в табл. 1.

Прочность при растяжении

. С прочностью бетона на растяжение приходится иметь дело при проектировании конструкций и сооружений, в которых не допускается образование трещин. В качестве примера можно привести резервуары для воды, плотины гидротехнических сооружений и др. Бетон на растяжение подразделяют на классы: В t 0,8; B t 1,2; B t 1,6; В t 2; B t 2,4; В t 2,8; В t 3,2 или марки: Р t 10; B t 15; B t 20; B t 25; B t 30; B t 35; В t 40.

Прочность на растяжение при изгибе. При устройстве бетонных покрытий дорог, аэродромов назначают классы или марки бетонов на растяжение при изгибе.

Классы: В bt 0,4; В bt 0,8; В bt 1,2; B bt 1,6; В bt 2,0; В tb 2,4; В bt 2,8; В bt 3,2; В bt 3,6; В bt 4,0; B bt 4,4; В bt 4,8; В bt 5,2; В bt 5,6; В bt 6,0; В bt 6,4; В bt 6,8; В bt 7,2; В bt 8.

Таблица 1.
Соотношение классов и марок при сжатии для тяжелого бетона

Марки: Р bt 5; Р bt 10; Р bt 15; Р bt 20; Р bt 25; Р bt 30; Р bt 35; Р bt 40; Р bt 45; Р bt 50; Р bt 55; Р bt 60; Р bt 65; Р bt 70; Р bt 75; Р bt 80; Р bt 90; Р bt 100.

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона.

Технологические факторы, влияющие на прочность бетона.
На прочность бетона влияет ряд факторов: активность цемента, содержание цемента, отношение воды к цементу по массе (В/Ц), качество заполнителей, качество перемешивания и степень уплотнения, возраст и условия твердения бетона, повторное вибрирование.

Активность цемента
.
Между прочностью бетона и активностью цемента существует линейная зависимость R b = f(R Ц). Более прочные бетоны получаются на цементах повышенной активности.

Водоцементное отношение
.
Прочность бетона зависит от В/Ц. С уменьшением В/Ц она повышается, с увеличением — уменьшается. Это определяется физической сущностью формирования структуры бетона. При твердении бетона с цементом взаимодействует 15-25% воды. Для получения же удобоукладываемой бетонной смеси вводится обычно 40-70% воды (В/Ц = — 0,4…0,7). Избыточная вода образует поры в бетоне, которые снижают его прочность.

При В/Ц от 0,4 до 0,7 (Ц/В = 2,5… 1,43) между прочностью бетона R в, МПа, активностью цемента R ц, МПа, и Ц/В существует линейная зависимость, выражаемая формулой:

R b = A R ц (Ц/В – 0,5).

При В/Ц 2,5) линейная зависимость нарушается. Однако в практических расчетах пользуются другой линейной зависимостью:

R b = A1 R ц (Ц/В + 0,5).

Ошибка в расчетах в этом случае не превышает 2-4 % вышеприведенных формулах: А и А 1 — коэффициенты, учитывающие качество материалов. Для высококачественных материалов А = 0,65, А1 = 0,43, для рядовых — А = 0,50, А1 = 0,4; пониженного качества — А = 0,55, А1 = 0,37.

Прочность бетона при изгибе R bt , МПа, определяется по формуле:

R bt =A` R` ц (Ц/В — 0,2),

где R ц — активность цемента при изгибе, МПа;

А» — коэффициент, учитывающий качество материалов.

Для высококачественных материалов А» = 0,42, для рядовых — А» = 0,4, материалов пониженного качества — А» = 0,37.

Качество заполнителей
.
Не оптимальность зернового состава заполнителей, применение мелких заполнителей, наличие глины и мелких пылевидных фракций, органических примесей уменьшает прочность бетона. Прочность крупных заполнителей, сила их сцепления с цементным камнем влияет на прочность бетона.

Качество перемешивания и степень уплотнения
бетонной смеси существенно влияют на прочность бетона. Прочность бетона, приготовленного в бетоносмесителях принудительного смешивания, вибро — и турбосмесителях выше прочности бетона, приготовленного в гравитационных смесителях на 20-30%. Качественное уплотнение бетонной смеси повышает прочность бетона, так как изменение средней плотности тонной смеси на 1% изменяет прочность на 3-5%.

Влияние возраста и условий твердения
.
При благоприятных температурных условиях прочность бетона растет длительное время и изменяется по логарифмической зависимости:

R b (n) = R b (28) lgn / lg28,

где R b (n) и R b (28) — предел прочности бетона через n и 28 суток, МПа; lgn и lg28 — десятичные логарифмы возраста бетона.

Эта формула осредненная. Она дает удовлетворительные результаты для бетонов, твердеющих при температуре 15-20 °С на рядовых среднеалюминатных цементах в возрасте от 3 до 300 суток. Фактически же прочность на разных цементах нарастает поразному.

Рост прочности бетона во времени зависит, в основном, от минерального и вещественного составов цемента. По интенсивности твердения портландцементы подразделяют на четыре типа (табл. 2).

Интенсивность твердения бетона зависит от В/Ц
. Как видно из данных, приведенных в табл. 3, более быстро набирают прочность бетоны с меньшим В/Ц.

На скорость твердения бетона большое влияние оказывает температура и влажность среды. Условно-нормальной считается среда с температурой 15-20 °С и влажностью воздуха 90-100%.

Таблица 2.
Классификация портландцементов по скорости твердения

Таблица 3.
Влияние В/Ц и возраста на скорость твердения бетона на цементе III типа

Как видно из графика, приведенного на рис. 1, прочность бетона в 28-суточном возрасте, твердевшего при 5 °С, составила 68%, при 10°С — 85%, при 30 °С — 115% от предела прочности бетона, твердевшего при температуре 20 °С. Те же зависимости наблюдаются и в более раннем возрасте. То есть интенсивнее набирает прочность бетон при более высокой температуре и, напротив, медленней — при ее понижении.

При отрицательной температуре твердение практически прекращается, если не снизить температуру замерзания воды введением химических добавок.

Рис. 1.

Твердение ускоряется
при температуре 70-100 °С при нормальном давлении или при температуре около 200 °С и давлении 0,6-0,8 МПа. Для твердения бетона требуется среда с высокой влажностью. Для создания таких условий бетон укрывают водонепроницаемыми пленочными материалами, покрывают влажными опилками и песком, пропаривают в среде насыщенного водяного пара.

Повторное вибрирование

увеличивает прочность бетона до 20%. Оно должно выполняться до конца схватывания цемента. Повышается плотность. Механические воздействия срывают пленку гидратных новообразований и ускоряют процессы гидратации цемента.

Нарастание прочности бетона во времени
. Опыты показывают, что прочность бетона увеличивается во времени и этот процесс может продолжаться годами (рис. 1.3). Однако степень повышения прочности связана с температурно-влажностными условиями окружающей среды и составом бетона. Наиболее быстрый рост прочности наблюдается в начальный период.

Рост прочности бетона напрямую связан с его старением и поэтому зависит, по существу, от тех же факторов.

Существует целый ряд предложений по установлению зависимости между прочностью бетона R и его возрастом. Для нормальных условий твердения бетона на портландцементе наиболее простой является логарифмическая зависимость, предложенная Б.Г. Скрамтаевым:

При сроках твердения, превышающих 7…8 сут, эта формула даёт удовлетворительные результаты.

Повышение температуры и влажности среды значительно ускоряют процесс твердения бетона. С этой целью железобетонные изделия на заводах подвергают специальной тепловлажностной обработке при температуре 80 ..90 °С и влажности 90… 100 % или автоклавной обработке при давлении пара около 0,8 МПа и температуре 170 °С В последнем случае проектная прочность бетона может быть получена уже через 12 часов.

При температурах ниже +5 °С твердение бетона существенно замедляется, а при температуре бетонной смеси -10 °С практически прекращается. За 28 сут твердения при температуре -5 °С бетон набирает не более 8 % прочности бетона, твердеющего в нормальных условиях, при температуре 0 °С — 40…50 %, при +5 °С — 70…80%. После оттаивания бетонной смеси твердение бетона возобновляется, но конечная прочность его всегда оказывается ниже прочности бетона, твердевшего в нормальных условиях. Бетоны прочность которых к моменту замерзания составляла не менее 60% от R28, после оттаивания в течение 28 суток набирают проектную прочность.

При хранении бетона в воде наблюдается более интенсивный рост прочности. В значительной степени это объясняется тем, что в бетоне не образуются поры от испарения воды, в которых давление паров воды направлено из бетона наружу. При водяном хранении давление направлено от внешней среды в бетон.

Прочность бетона при центральном сжатии
. Как следует из опытов, ссли бетонный кубнк из плотного бетона имеет достаточно однородное строение и правильную геометрическую форму, то разрушаясь под действием равномерно распределённой нагрузки он приобретает форму двух усеченных пирамид, сложенных малыми основаниями (рис. 1.4, а). Подобный характер разрушения (разрушение от среза) обусловлен значительным влиянием сил трения, которые развиваются между подушками пресса и торцовыми поверхностями образца. Эти силы направлены внутрь образца и препятствуют свободному развитию поперечных деформаций, создавая своеобразную обойму. Эффект обоймы по мере удаления от торцов образца уменьшается.

Если устранить влияние сил трения поверхностей касания (например, введением смазки на торцевых гранях образца), то разрушение приобретает иной характер (рис. 1.4, б): в образце возникают трещины, параллельные направлению сжатия. Теперь трение уже не препятствует развитию поперечных деформаций образца и разрушение происходит при гораздо меньшей (до 40 %) сжимающей нагрузке.
Образцы-кубы из ячеистого и крупнопористого бетонов разрушаются по продольным поверхностям даже при наличии трения по опорным граням, поскольку связи между их структурными элементами ослаблены пустотами и порами.

Предел прочности на сжатие при испытании кубика подсчитывается делением разрушающей силы Nu на площадь грани кубика А.

В ряде стран (США и др.) вместо кубика принят образец цилиндрической формы высотой 12”(305 мм) и диаметром 6”(152 мм). Для одного и того же бетона прочность цилиндрического образца таких размеров составляет 0,8…0,9 от прочности кубика с размером ребра 150 мм.

Прочность кубиков из бетона одного и того же состава зависит от размеров образца и уменьшается с увеличением размеров. Так, прочность кубика из тяжёлого бетона с ребром 300 мм составляет примерно 80% от прочности кубика с ребром 150 мм, а кубика с ребром 200 мм — 90%. Это объясняется как снижением эффекта обоймы при увеличении размеров образца и расстояния между его торцами, так и влиянием размеров образца на скорость твердения (чем крупнее образец, тем медленнее он набирает прочность на воздухе) и на вероятное наличие в нём внешних и внутренних дефектов (чем образец крупнее, тем, как правило, этих дефектов больше и прочность ниже).

Однако следует иметь в виду, что хотя кубиковая прочность и принята за эталон показателя прочности бетона (т.е. ее необходимо иметь для производственного контроля), она является условной характеристикой и не может быть непосоедственно использована в расчётах прочности железобетонных конструкций. Реальные конструкции (или их зоны), работающие на сжатие, по форме и размерам отличаются от кубика. В связи с этим, на основании многочисленных экспериментов установлены были эмпирические зависимости между кубиковой прочностью (классом) бетона и его прочностными характеристиками в различных условиях работы, приближающихся к работе реальных конструкций.

Опыты с бетонными образцами, имеющими форму призмы с квадратным основанием а и высотой h (рис. 1 4, в), показали, что с увеличением отношения h/a прочность при центральном сжатии Rb уменьшается (рис. 1.4, г) и при h/a > 3 становится почти стабильной и равной, в зависимости от класса бетона, 0,7…0,9В. Это связано с тем, что в соответствии с принципом Сен-Венана напряжения, вызванные силами трения по опорным граням, существенны только в окрестности, размеры которой соизмеримы с размерами нагруженной грани. Таким образом, в призмах с высотой, превышающей двойной размер сечения, средняя часть свободна от влияния сил трения. Именно в средней по высоте части призм перед разрушением появляются продольные трещины, распространяющиеся вверх и вниз к опорным граням. Гибкость бетонного образца оказывает влияние при испытаниях только при h/a > 8.

В соответствии с указаниями ГОСТ 10180-78 прочность бетона при центральном сжатии Rh определяют испытаниями до разрушения бетонных образцов-призм с отношением высоты к стороне основания h/a = 3…4. Нагрузку подают ступенями по 0,1 Nu с постоянной скоростью (0,6 ± 0,2) МПа/с и с 4…5 минутными выдержками после каждой ступени.

В большинстве случаев результаты таких испытаний совершенно чётко свидетельствуют о том, что разрушение образцов происходит от преодоления сопротивления отрыву (рис 1.4, г). Однако в ряде случаев (наиболее характерно для бетонов низкой прочности, отличающихся, начальными неоднородностями, вызывающими развитие микроразрушений на ранних стадиях загружения) образец разрушается по наклонной поверхности без нарушения целостности материала вне этой поверхности. Казалось бы, можно рассматривать такие случаи как результат разрушения от среза, так как на любой площадке, пересекающей продольную ось образца под острым углом, при его нагружении возникают как нормальные, так и касательные напряжения. Но повидимому, это, всё-таки не так. И прежде всего потому, что наклон поверхности разрушения к продольной оси призмы не 45 °, что соответствовало бы направлению действия максимальных касательных напряжений, а значительно меньше (рис. 1.5). Кроме того, поверхность разрушения явно неровная, она проходит через многочисленные продольные трещины и часто совпадает с ними.

Конечно, после развития разрывов в отдельных зонах на ослабленный материал оказывают влияние касателиные напряжения, но в целом, хотя разрушение бетона здесь и носит сложный характер, определяющее значение опять-таки принадлежит сопротивлению отрыва.

Между кубиковой и призменной прочностью существует прямо пропорциональная зависимость. На основании опытных данных для тяжёлых и лёгких бетонов призменная прочность колеблется от 0,78R (для бетонов высоких классов) до 0,83R (для бетонов низких классов), для ячеистых бетонов — соответственно от 0,87R до 0,94R.

Величину Rh используют при расчёте прочности сжатых бетонных и железобетонных конструкций (колонн, стоек, сжатых элементов ферм и т. д.), изгибаемых конструкций (балок, плит) и конструкций, работающих на некоторые другие виды воздействий, например, кручение, косой изгиб, косое внецентренное сжатие и т. д.

Прочность бетона при сжатии при данной активности цемента зависит, в общем случае, от количества цемента, физико-механических свойств цементного камня и заполнителей, концентрации их в единице объема материала и прочности сцепления, а также от формы и крупности зерен заполнителей.

Увеличение количества цемента повышает плотность (отношение массы тела к его объёму) бетона, способствуя непрерывному заполнению пустот между инертными и обеспечивая тем самым создание полного несущего скелета из цементного камня. Увеличение же плотности бетона ведет, при прочих равных условиях, к повышению его прочности. Расход цемента в бетонах для несущих железобетонных конструкций колеблется в зависимости от класса бетона и активности (марки) цемента в пределах 250 до 600 кгс/м3.

Прочность цементного камня зависит не только от прочности цемента, но и от водоцементного отношения. С повышением В/Ц увеличивается пористость цементного камня, и, следовательно, падает прочность бетона.

Обычно прочность инертных в конструктивных тяжёлых бетонах выше прочности цементного камня, поэтому на прочность таких бетонов влияет лишь форма и состав зёрен заполнителей. Так, в частности, из-за лучшего сцепления раствора с угловатыми зёрнами щебня бетон на щебне примерно на 10…15% прочнее бетона на гравии. Хуже в этом отношении ведут себя лёгкие бетоны. Так как прочность инертных в лёгких бетонах (как правило) ниже, чем цементного камня, на прочность таких бетонов влияют ещё и свойства заполнителей. Причём, в отличие от плотных пористые заполнители снижают прочность бетона и тем значительнее, чем больше отличаются Еа и Ra от Ес и Rc.

Таким образом, если прочность обычных тяжёлых бетонов зависит от ограниченного числа факторов и её можно выражать (что и делают) как функцию акти вности цемента и водоцементного отношения, то для описания прочности лёгких бетонов для каждого вида заполнителей приходится подбирать корреляционные зависимости.

Прочность бетона при растяжении
. Прочность бетона при растяжении зависит от прочности на растяжение цементного камня и его сцепления с зёрнами заполнителя.

Истинная прочность бетона при растяжении определяется его сопротивлением осевому растяжению. Предел прочности при осевом растяжении сравнительно невысоки составляет (0,05…0,1) Rb. Столь невысокая прочность объясняется неоднородностью структуры и чрезмерно ранним нарушением сплошности бетона, что способствует концентрации напряжений, особенно при действии растягивающих усилий. Величину Rbt можно определять по эмпирической формуле Фере, предложенной в своё время для бетонов низкой прочности. В настоящее время эту зависимость распространяют и на бетоны класса В45.

Прочность бетона при осевом растяжении устанавливают испытанием на разрыв образцов с рабочим участком в виде призмы достаточной длины, чтобы обеспечить равномерное распределение внутренних усилий в его средней части (рис. 1.6, а). Концевые участки таких образцов расширены для крепления в захватах. Нагрузку прикладывают равномерно со скоростью 0,05…0,08 МПа/с.

Основной недостаток испытаний на осевое растяжение — трудности, возникающие при центрировании образца, и связанный с этим большой разброс опытных данных. Так, например, захват образца в разрывной машине может создавать условия, неблагоприятные для равномерного распределения усилия по его сечению, а неоднородность структуры бетона приводит к тому, что действительная (физическая) ось образца не будет совпадать с геометрической. Оказывает влияние на результаты испытаний и напряжённое состояние бетона, вызванное его усадкой.

Чаще всего сопротивление бетона растяжению оценивают испытанием на изгиб бетонных балочек сечением 150 х 150 мм (рис. 1.6, б). Разрушение в этом случае наступает вследствие исчерпания сопротивления растянутой зоны, причём эпюра напряжений в ней из-за неупругих свойств бетона криволинейного очертания (рис.1.7, а).

С повышением класса бетона возрастает и его прочность при растяжении, однако не столь интенсивно, как при сжатии.

Влияние различных факторов, зависящих от состава бетона и его структуры, сказывается на Rht обычно в том же направлении, что и на Rh, хотя и в неодинаковых количественных соотношениях. Так, например, повышение расхода цемента на приготовление бетона при прочих равных условиях увеличивает сопротивление разрыву в значительно меньшей степени, чем сопротивление сжатию. То же можно сказать и в отношении активности цемента. Совсем по другому обстоит дело с гранулометрическим составом заполнителей и, в частности, видом его зёрен. Так, замена гравия щебнем мало отражаясь на сопротивлении бетона сжатию, заметно увеличивает сопротивление его разрыву, и т.д.

Влияние масштабного фактора также обнаруживается при определении Rbt. Общие теоретические соображения, основанные на статистической теории хрупкой прочности, приводят к заключению, что и в этом случае следует ожидать уменьшения прочности с увеличением размеров образцов. Однако недостатки современной техники испытания бетонных образцов на растяжение (создающие рассеяние показателей тем больше, чем меньше размеры сечения) нередко искажают общую закономерность.

Величину Rbt используют, прежде всего, при расчёте конструкций и сооружений, к которым предъявляют требования трещиностойкости (например, водонапорные трубы, резервуары для хранения жидкостей, стенки автоклавов и др.).

Прочность бетона при срезе и скалывании
. В соответствии с теорией сопротивления материалов действующие на элементарную площадку полные напряжения разлагаются на нормальную составляющую о и касательную составляющую т, стремящуюся срезать (сколоть) тело по рассматриваемому сечению или сдвинуть одну сторону элементарного прямоугольного параллелепипеда по отношению к другой. Поэтому напряжения т и называют напряжениями среза, скалывания или напряжениями при сдвиге.

Помимо совместного действия нормальных и касательных напряжений возможен и особый случай, известный в теории сопротивления материалов под названием чистого среза, когда о = 0 и на площадке действуют лишь скалывающие напряжения т.

В железобетонных конструкциях чистый срез практически не встречается, обычно он сопровождается действием нормальных сил.

Для экспериментального определения прочности бетона при срезе Rbsh, т.е. его предельного сопротивления по плоскости, в которой действуют только касательные напряжения, довольно долго пользовались методикой нагружения, показанной на рис. 1.8, а.

Однако решение этой задачи методами теории упругости показывает, что в плоскости АВ касательные напряжения отсутствуют. Сечение же оказывается растянутым.

Наибольшее количество опытных данных было получено при испытании по схеме, предложенной Е. Мёршем (рис. 1.8, б). Это очень простая и потому заманчивая схема, однако, как видно из характера распределения главных растягивающих напряжений в образце и касательных напряжений по сечению АВ, такой образец, кроме среза, испытывает изгиб и местное сжатие (смятие) под прокладками.

Наилучшим образом обеспечивают условия, близкие к чистому срезу, испытания по схеме А. А. Гвоздева (рис. 1.8, в). Однако и здесь картина траекторий главных напояжений говорит о том, что напряжённое состояние образца отлично от состояния, соответствующего чистому срезу. В плоскости среза действуют растягивающие и касательные напряжения, причём в местах вырезов в образце наблюдают концентрацию напряжений.

Предел прочности бетона при чистом срезе можно определять по эмпирической формуле

где k — коэффициент, в зависимости от класса бетона равный 0,5…1,0.

Существенное значение при срезе имеет сопротивление крупных зёрен заполнителя, которые, попадая в плоскость среза, работают как своего рода шпонки. Уменьшение прочности заполнителей в лёгких бетонах того же класса приводит поэтому к понижению предела прочности при срезе. Предел прочности бетона при чистом срезе используют в некоторых современных методиках расчёта прочности железобетонных конструкций по наклонным сечениям.

С сопротивлением скалыванию можно встретиться при изгибе железобетонных балок до появления в них наклонных трещин. Распределение скалывающих напряжений при изгибе принимают по параболе (как для однородного изотропного тела). Опытами установлено, что предел прочности бетона па скалывание в 1,5…2 раза выше, чем при осевом растяжении, поэтому для балок без преднапряжения расчёт на скалывание сводится, по существу, к определению главных растягивающих напряжений, действующих под углом 45° к оси балки.

Влияние на прочность бетона длительных и многократно повторных нагрузок. Одним из важнейших показателей прочности бетона следует считать его длительное сопротивление (длительную прочность), определяемое из опытов с длительным нагружением, в процессе которого бетонный образец может разрушиться при напряжениях меньших, чем его предельное сопротивление. Пределом длительного сопротивления бетона называют наибольшие напряжения, которые он может выдержать неограниченно долгое время без разрушения (для строительных конструкций это десятки лет и более).

На основании опытов принято считать, что статические напряжения, значения которых не превышают 0,8 Rb, не вызывают разрушения образца при любой длительности действия нагрузки, так как развитие возникающих в бетоне микроразрушений со временем прекращается. Если же образец нагружен большими напряжениями, то появившиеся нарушения структуры будут развиваться, и, в зависимости от уровня напряжений, через определённое время он разрушится.

Таким образом, предел длительной прочности определяется, по существу, характером структурных изменений, вызванных продолжительно действующей нагрузкой. Если процессы нарушения структуры не нейтрализуются процессами исчезновения и видоизменения дефектов, предел длительной прочности превзойден, если нейтрализуются — образец может неограниченно долго сопротивляться действующим напряжениям. Примерная граница, выше которой образец разрушается, а ниже — не разрушается, соответствует напряжениям Rvcrc. Аналогичная картина наблюдается и при растяжении.

В последние годы предложен ряд формул, позволяющих более дифференцированно подходить к оценке относительного предела длительной прочности бетона. Так, для старых тяжёлых бетонов обычных классов хорошие результаты дает формула

Если же бетон тех же классов нагружать в среднем возрасте, когда процессы твердения продолжают ещё оказывать влияние на параметр R, то длительную прочность можно определять по формуле

Поскольку параметры R зависят главным образом от класса бетона, его возраста в момент нагружения, роста прочности и условий влагообмепа с окружающей средой, можно считать, что и предел длительной прочности зависит в основном от тех же факторов. Так, например, относительное значение длительной прочности бетона, нагруженного в достаточно раннем возрасте, выше чем старого или малотвердеющего (прошедшего тепловлажностную обработку), а высокопрочного выше, чем бетона низкой или средней прочности.

Степень снижения длителыюй прочности зависит от продолжительности и режима предшествующих силовых воздействий. Так, длительная прочность бетона при сжатии, если он ранее находился в условиях длительного сжатия (до напряжений не более 0,6 Rh), повышается, а при растяжении — снижается.

При действии многократно повторных (подвижных или пульсирующих) нагрузок, в частности, при стационарных гармонических внешних воздействиях, предел длительной прочности бетона снижается еще больше, чем при продолжительном действии статической нагрузки. Предел прочности бетона понижается в зависимости от числа циклов нагружения, величины максимальных напряжений и характеристики цикла.

Предел прочности бетона при действии многократно повторных нагрузок называют пределом выносливости. Наибольшее напряжение, которое бетон выдерживает за бесконечно большое число повторных нагружений без разрушения, называют абсолютным пределом выносливости. Практически за предел выносливости бетона принимают максимальное напряжение, которое образец выдерживает при количестве циклов повторных нагружений, равном (2…5) 106 или 107. Это напряжение называют ограниченным пределом выносливости. Для бетона база испытаний принята равной 2 106 циклов. С увеличением ее происходит постоянное снижение предела выносливости, однако после 2 — 106 циклов изменения незначительны.

Опытные данные свидетельствуют о том, что если многократно повторно действующие напряжения превышают предел выносливости, хотя и не превышают предел длительной прочности, то при достаточном повторении циклов нагружения происходит разрушение образца. При этом разрушающие напряжения (длительная динамическая прочность) тем ниже и ближе к пределу выносливости, чем большее число циклов нагружения действовало на образец.

Зависимость относительного предела выносливости Rbj/Rb от числа циклов повторения нагрузки имеет криволинейный характер (рис. 1.9), приближаясь асимптотически к абсолютному пределу выносливости бетона, равному нижней границе микротрещинообразования.

При уменьшении относительный предел выносливости бетона снижается (рис. 1.10), с увеличением скорости нагружения повышается, но незначительно. Водонасыщение снижает относительный предел выносливости бетона. С увеличением возраста бетона отношение Rbf/Rb несколько увеличивается. Практический интерес представляют опытные данные о зависимости степени снижения прочности бетона при воздействии асимметричной циклической нагрузки от нижней границы микротрещинообразования в бетоне. В соответствии с этими данными значения предела выносливости пропорциональны изменению и, следовательно, отношение Rhj/Rh тем выше, чем выше прочность бетона.

Данными о пределе выносливости необходимо располагать при расчёте железобетонных подкрановых балок, шпал, станин мощных прессов и станков, фундаментов под неуравновешенные двигатели и другое оборудование, а также при расчёте элементов мостовых конструкций и разного типа транспортных, крановых и разгрузочных эстакад.

Влияние на прочность бетона высоких и низких температур. Различие в коэффициентах линейного расширения цементного камня п заполнителей при изменении температуры окружающей среды в пределах до 100 °С (т. е. стеснённые условия деформирования бетона при темперагурных воздействиях) не вызывает сколько-нибудь заметных напряжений и практически не отражается на прочности бетона.

Воздействие же на бетон повышенных температур (до 250…300 °С) приводит к заметному изменению его прочности, причём прочность зависит от степени водопасыщения бетона. С увеличением водонасы- щения бетона при воздействии повышенных температур усиливаются процессы влаго- и газообмена, миграции влаги, происходит интенсивное высыхание бетона и образование в нем микротрещин (главным образом вследствие значительных температурных и усадочных напряжений), возрастают значения температурного коэффициента.

При действии высоких температур дело обстоит ещё хуже. При температурах свыше 250…300 °С объёмные деформации цементного камня и заполнителей меняются. Причём, если для гранита и песчаника объёмные деформации при температуре около 500 °С резко возрастают, то для цементного камня они достигают максимума при температуре около 300 °С, а затем уменьшаются. Столь резкая разница в деформациях вызывает внутренние напряжения, разрывающие цементный камень, что влечёт за собой понижение механической прочности бетона вплоть до его разрушения. Поэтому при продолжительном действии высоких температур обычные бетоны не применяются.

Температурные напряжения можно уменьшить соответствующим подбором цемента и заполнителей. Для жаростойких бетонов применяют заполнители с малым коэффициентом линейного расширения: бой красного кирпича, доменные шлаки, диабазы и др. В качестве вяжущего используют глинозёмистый цемент или портландцемент с тонкомолотыми добавками из хромита или шамота. Для особо высоких температур (1000… 1300 °С) применяют бетоны на глинозёмистом цементе с шамотом или хромитом в качестве заполнителя.

При замораживании бетона (т. е. при действии низких температур) прочность его повышается, а при оттаивании — снижается. Определяющее влияние на прочность бетона оказывают температура замораживания и степень водонасышения бетона при его замораживании и оттаивании. Изменение прочности связано с условиями кристаллизации льда в порах бетона и возникновением в них внутреннего избыточного давления при переходе в лёд с увеличением объёма (до 10%).

Температура замерзания воды зависит от размеров пор и капилляров, в которых она замерзает. Чем меньше диаметр капилляров, тем ниже температура замерзания воды. Исследования показывают, что вода, содержащаяся в порах, замерзает не вся одновременно, а постепенно, по мере понижения температуры. Содержание льда в бетоне существенно зависит от характера его пористости. Все это говорит о том, что с понижением температуры замораживания возрастает давление в порах бетона и ускоряется его разрушение.

Существенным фактором, влияющим на прочность бетона, является наличие дефектов в его структуре в виде микро- и макротрещин. Замерзание воды в трещине и создание уже небольшого давления на её стенки вызывает концентрацию напряжений в тупике трещины и приводит к её дальнейшему прорастанию в материале.

В процессе разрушения бетона при его замораживании и оттаивании важную роль играют верхняя и нижняя условные границы микротрещинообразования.

Поскольку основной путь проникновения воды в бетон зависит от системы капилляров, повышение морозостойкости бетона следует искать, повидимому, в улучшении его структуры — уменьшении общей пористости и формировании в нём закрытой пористости вместо открытой (введение в бетон газообразующих и воздухововлекающих добавок).

Поделись статьей:

Похожие статьи

Марки и классы бетона — показатели прочности

Главными показателями качества бетона являются его марка и класс. Именно на них акцентируется внимание покупателя при выборе бетона. Эти два показателя описывают ключевую характеристику бетона — прочность.

Класс бетона обозначается латинской литерой В. Класс описывает величину допустимой нагрузки (сжатия) для бетона. Нагрузка в данном случае измеряется в мегапаскалях (МПа). Класс бетона принимается с принимаемая с гарантированной обеспеченностью (в статистике этот показатель называется доверительной вероятностью) 0,95. Что значит эта цифра? 0,95 описывает 95-процентную надежность класса, то есть не менее чем в 95 случаях из ста бетон будет выдерживать заявленную прочность. В остальных же пяти возможно несоответствие указанному параметру В. То есть, если на упаковке стоит маркировка «В25», это значит, что в 95 случаях из ста этот бетон выдержит давление в 25 мегапаскалей.

Характеристика, называемая маркой бетона, описывает его среднюю прочность на сжатие. Обозначается латинской литерой М и измеряется в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см²). Величина М лежит в интервале от 50 до 1000 кг/см² и показывает усредненный предел прочности на сжатие.

То есть, обе характеристики используются для описания прочности бетона. Различие марки бетона и класса бетона в том, что марка — это просто усредненное значение прочности, а класс — прочность с гарантированной обеспеченностью.

В соответствии с СТ СЭВ 1406, показатель марки бетона перестали использовать в проектировании. В современной проектной документации требования к бетону указываются только в классах. Но несмотря на то, что любой современный проект содержит информацию о классе бетона, многие строительные организации по старой привычке заказывают бетон в марках.

В таблице соответствия марок и классов бетона приведено соответствие различный марок и классов бетона.

Условия выбора бетона по прочности в зависимости от вида работ

ГОСТом 26633-91 определено соотношение между классом и маркой бетона, указана его граничная прочность в кгс/кв.см. Также необходимо при выборе учесть рекомендации по применению различных классов бетона в строительстве.

1. М100 — относится к классу В7,5, его средняя прочность 98 кгс/кв.см. Считается легким видом бетона. Предназначен для проведения предварительных строительных работ, большие нагрузки выдержать не способен, для несущих конструкций не подходит. Сфера применения: дорожки, отмостки, бордюры, предварительная заливка пола.
2. М150 — относится к классу В10 и В12,5, его средняя прочность 131 кгс/кв.см или 164 кгс/кв.см. По свойствам аналогичен марке М100. Основное отличие — обладает большей прочностью, прослужит на порядок дольше, однако стоимость его выше аналога.
3. М200 — относится к классу В15, его средняя прочность 196 кгс/кв.см. Незаменим при заливке ж/б плит перекрытий, обустройстве подпорных стен, подходит для лестничных конструкций, площадок и дорожных покрытий, рассчитанных на невысокие нагрузки.
4. М250 — относится к классу В20, его средняя прочность 262 кгс/кв.см. В соответствии со строительными нормами и правилами именно с этой марки бетона разрешается заливать фундаменты для одноэтажных зданий и хозпостроек: гаражи, бани, небольшие склады. По свойствам бетон идентичен марке М200, но характеризуется более высоким показателем прочности и долговечности.
5. М300 — относится к классу В22,5, его средняя прочность 294,7 кгс/кв.см. Одна из самых востребованных на строительном рынке марок. Подходит для обустройства монолитных фундаментов, стоянок, площадок и лестничных пролетов в многоэтажных зданиях, а также используется при изготовлении инженерных коммуникаций.
6. М350 — относится к классу В25, его средняя прочность 327 кгс/кв.см. Высокая прочность позволяет применять данную марку при заливке фундаментов, строительстве дорог и автомагистралей, различных дорожных элементов. Высокая прочность находит применение в несущих конструкциях с большими нагрузками.
7. М400 — относится к классу В30, его средняя прочность 393 кгс/кв.см. Дорогостоящая марка бетона, которая используется в случаях возведения комплексов большой этажности, а также объектов, к которым предъявляются особые требования по надежности, прочности и быстроте схватывания самого бетона. Он незаменим при заливке свай, строительстве заводов, аквапарков, ТРЦ, банковских хранилищ.

Кроме прочностных характеристик при выборе следует также учесть показатели морозостойкости, водонепроницаемости, подвижности массы и т.д. Итоговая стоимость бетона напрямую зависит от всех перечисленных параметров.

оригинал: https://beton24.ru/articles/vse-o-betone/marki-i-klassy-betona/

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

% PDF-1.4
%
1 0 объект
>
эндобдж
6 0 obj

/ Создатель
/Режиссер
/ CreationDate (D: 20210616213715Z ‘)
/ Заголовок (\ (- \) Введение)
/ ModDate (D: 20121111233132 + 10’00 ‘)
>>
эндобдж
2 0 obj
>
эндобдж
3 0 obj
>
эндобдж
4 0 obj
>
эндобдж
5 0 obj
>
эндобдж
7 0 объект
>
эндобдж
8 0 объект
>
эндобдж
9 0 объект
>
эндобдж
10 0 obj
>
эндобдж
11 0 объект
>
эндобдж
12 0 объект
>
эндобдж
13 0 объект
>
эндобдж
14 0 объект
>
эндобдж
15 0 объект
>
эндобдж
16 0 объект
>
эндобдж
17 0 объект
>
эндобдж
18 0 объект
>
эндобдж
19 0 объект
>
эндобдж
20 0 объект
>
эндобдж
21 0 объект
>
эндобдж
22 0 объект
>
эндобдж
23 0 объект
>
эндобдж
24 0 объект
>
эндобдж
25 0 объект
>
эндобдж
26 0 объект
>
эндобдж
27 0 объект
>
эндобдж
28 0 объект
>
эндобдж
29 0 объект
>
эндобдж
30 0 объект
>
эндобдж
31 0 объект
>
эндобдж
32 0 объект
>
эндобдж
33 0 объект
>
эндобдж
34 0 объект
>
эндобдж
35 0 объект
>
эндобдж
36 0 объект
>
эндобдж
37 0 объект
>
эндобдж
38 0 объект
>
эндобдж
39 0 объект
>
эндобдж
40 0 объект
>
эндобдж
41 0 объект
>
эндобдж
42 0 объект
>
эндобдж
43 0 объект
>
эндобдж
44 0 объект
>
эндобдж
45 0 объект
>
эндобдж
46 0 объект
>
эндобдж
47 0 объект
>
эндобдж
48 0 объект
>
эндобдж
49 0 объект
>
эндобдж
50 0 объект
>
эндобдж
51 0 объект
>
эндобдж
52 0 объект
>
эндобдж
53 0 объект
>
эндобдж
54 0 объект
>
эндобдж
55 0 объект
>
эндобдж
56 0 объект
>
эндобдж
57 0 объект
>
эндобдж
58 0 объект
>
эндобдж
59 0 объект
>
эндобдж
60 0 объект
>
эндобдж
61 0 объект
>
эндобдж
62 0 объект
>
эндобдж
63 0 объект
>
эндобдж
64 0 объект
>
эндобдж
65 0 объект
>
эндобдж
66 0 объект
>
эндобдж
67 0 объект
>
эндобдж
68 0 объект
>
эндобдж
69 0 объект
>
эндобдж
70 0 объект
>
эндобдж
71 0 объект
>
эндобдж
72 0 объект
>
эндобдж
73 0 объект
>
эндобдж
74 0 объект
>
эндобдж
75 0 объект
>
эндобдж
76 0 объект
>
эндобдж
77 0 объект
>
эндобдж
78 0 объект
>
эндобдж
79 0 объект
>
эндобдж
80 0 объект
>
эндобдж
81 0 объект
>
эндобдж
82 0 объект
>
эндобдж
83 0 объект
>
эндобдж
84 0 объект
>
эндобдж
85 0 объект
>
эндобдж
86 0 объект
>
эндобдж
87 0 объект
>
эндобдж
88 0 объект
>
эндобдж
89 0 объект
>
эндобдж
90 0 объект
>
эндобдж
91 0 объект
>
эндобдж
92 0 объект
>
эндобдж
93 0 объект
>
эндобдж
94 0 объект
>
эндобдж
95 0 объект
>
эндобдж
96 0 объект
>
эндобдж
97 0 объект
>
эндобдж
98 0 объект
>
эндобдж
99 0 объект
>
эндобдж
100 0 объект
>
эндобдж
101 0 объект
>
эндобдж
102 0 объект
>
эндобдж
103 0 объект
>
эндобдж
104 0 объект
>
эндобдж
105 0 объект
>
эндобдж
106 0 объект
>
эндобдж
107 0 объект
>
эндобдж
108 0 объект
>
эндобдж
109 0 объект
>
эндобдж
110 0 объект
>
эндобдж
111 0 объект
>
эндобдж
112 0 объект
>
эндобдж
113 0 объект
>
эндобдж
114 0 объект
>
эндобдж
115 0 объект
>
эндобдж
116 0 объект
>
эндобдж
117 0 объект
>
эндобдж
118 0 объект
>
эндобдж
119 0 объект
>
эндобдж
120 0 объект
>
эндобдж
121 0 объект
>
эндобдж
122 0 объект
>
эндобдж
123 0 объект
>
эндобдж
124 0 объект
>
эндобдж
125 0 объект
>
эндобдж
126 0 объект
>
эндобдж
127 0 объект
>
эндобдж
128 0 объект
>
эндобдж
129 0 объект
>
эндобдж
130 0 объект
>
эндобдж
131 0 объект
>
эндобдж
132 0 объект
>
эндобдж
133 0 объект
>
эндобдж
134 0 объект
>
эндобдж
135 0 объект
>
эндобдж
136 0 объект
>
эндобдж
137 0 объект
>
эндобдж
138 0 объект
>
эндобдж
139 0 объект
>
эндобдж
140 0 объект
>
эндобдж
141 0 объект
>
эндобдж
142 0 объект
>
эндобдж
143 0 объект
>
эндобдж
144 0 объект
>
эндобдж
145 0 объект
>
эндобдж
146 0 объект
>
эндобдж
147 0 объект
>
эндобдж
148 0 объект
>
эндобдж
149 0 объект
>
эндобдж
150 0 объект
>
эндобдж
151 0 объект
>
эндобдж
152 0 объект
>
эндобдж
153 0 объект
>
эндобдж
154 0 объект
>
эндобдж
155 0 объект
>
эндобдж
156 0 объект
>
эндобдж
157 0 объект
>
эндобдж
158 0 объект
>
эндобдж
159 0 объект
>
эндобдж
160 0 объект
>
эндобдж
161 0 объект
>
эндобдж
162 0 объект
>
эндобдж
163 0 объект
>
эндобдж
164 0 объект
>
эндобдж
165 0 объект
>
эндобдж
166 0 объект
>
эндобдж
167 0 объект
>
эндобдж
168 0 объект
>
эндобдж
169 0 объект
>
эндобдж
170 0 объект
>
эндобдж
171 0 объект
>
эндобдж
172 0 объект
>
эндобдж
173 0 объект
>
эндобдж
174 0 объект
>
эндобдж
175 0 объект
>
эндобдж
176 0 объект
>
эндобдж
177 0 объект
>
эндобдж
178 0 объект
>
эндобдж
179 0 объект
>
эндобдж
180 0 объект
>
эндобдж
181 0 объект
>
эндобдж
182 0 объект
>
эндобдж
183 0 объект
>
эндобдж
184 0 объект
>
эндобдж
185 0 объект
>
эндобдж
186 0 объект
>
эндобдж
187 0 объект
>
эндобдж
188 0 объект
>
эндобдж
189 0 объект
>
эндобдж
190 0 объект
>
эндобдж
191 0 объект
>
эндобдж
192 0 объект
>
эндобдж
193 0 объект
>
эндобдж
194 0 объект
>
эндобдж
195 0 объект
>
эндобдж
196 0 объект
>
эндобдж
197 0 объект
>
эндобдж
198 0 объект
>
эндобдж
199 0 объект
>
эндобдж
200 0 объект
>
эндобдж
201 0 объект
>
эндобдж
202 0 объект
>
эндобдж
203 0 объект
>
эндобдж
204 0 объект
>
эндобдж
205 0 объект
>
эндобдж
206 0 объект
>
эндобдж
207 0 объект
>
эндобдж
208 0 объект
>
эндобдж
209 0 объект
>
эндобдж
210 0 объект
>
эндобдж
211 0 объект
>
эндобдж
212 0 объект
>
эндобдж
213 0 объект
>
эндобдж
214 0 объект
>
эндобдж
215 0 объект
>
эндобдж
216 0 объект
>
эндобдж
217 0 объект
>
эндобдж
218 0 объект
>
эндобдж
219 0 объект
>
эндобдж
220 0 объект
>
эндобдж
221 0 объект
>
эндобдж
222 0 объект
>
эндобдж
223 0 объект
>
эндобдж
224 0 объект
>
эндобдж
225 0 объект
>
эндобдж
226 0 объект
>
эндобдж
227 0 объект
>
эндобдж
228 0 объект
>
эндобдж
229 0 объект
>
эндобдж
230 0 объект
>
эндобдж
231 0 объект
>
эндобдж
232 0 объект
>
эндобдж
233 0 объект
>
эндобдж
234 0 объект
>
эндобдж
235 0 объект
>
эндобдж
236 0 объект
>
эндобдж
237 0 объект
>
эндобдж
238 0 объект
>
эндобдж
239 0 объект
>
эндобдж
240 0 объект
>
эндобдж
241 0 объект
>
эндобдж
242 0 объект
>
эндобдж
243 0 объект
>
эндобдж
244 0 объект
>
эндобдж
245 0 объект
>
эндобдж
246 0 объект
>
эндобдж
247 0 объект
>
эндобдж
248 0 объект
>
эндобдж
249 0 объект
>
эндобдж
250 0 объект
>
эндобдж
251 0 объект
>
эндобдж
252 0 объект
>
эндобдж
253 0 объект
>
эндобдж
254 0 объект
>
эндобдж
255 0 объект
>
эндобдж
256 0 объект
>
эндобдж
257 0 объект
>
эндобдж
258 0 объект
>
эндобдж
259 0 объект
>
эндобдж
260 0 объект
>
эндобдж
261 0 объект
>
эндобдж
262 0 объект
>
эндобдж
263 0 объект
>
эндобдж
264 0 объект
>
эндобдж
265 0 объект
>
эндобдж
266 0 объект
>
эндобдж
267 0 объект
>
эндобдж
268 0 объект
>
эндобдж
269 ​​0 объект
>
эндобдж
270 0 объект
>
эндобдж
271 0 объект
>
эндобдж
272 0 объект
>
эндобдж
273 0 объект
>
эндобдж
274 0 объект
>
эндобдж
275 0 объект
>
эндобдж
276 0 объект
>
эндобдж
277 0 объект
>
эндобдж
278 0 объект
>
эндобдж
279 0 объект
>
эндобдж
280 0 объект
>
эндобдж
281 0 объект
>
эндобдж
282 0 объект
>
эндобдж
283 0 объект
>
эндобдж
284 0 объект
>
эндобдж
285 0 объект
>
эндобдж
286 0 объект
>
эндобдж
287 0 объект
>
эндобдж
288 0 объект
>
эндобдж
289 0 объект
>
эндобдж
290 0 объект
>
эндобдж
291 0 объект
>
эндобдж
292 0 объект
>
эндобдж
293 0 объект
>
эндобдж
294 0 объект
>
эндобдж
295 0 объект
>
эндобдж
296 0 объект
>
эндобдж
297 0 объект
>
эндобдж
298 0 объект
>
эндобдж
299 0 объект
>
эндобдж
300 0 объект
>
эндобдж
301 0 объект
>
эндобдж
302 0 объект
>
эндобдж
303 0 объект
>
эндобдж
304 0 объект
>
эндобдж
305 0 объект
>
эндобдж
306 0 объект
>
эндобдж
307 0 объект
>
эндобдж
308 0 объект
>
эндобдж
309 0 объект
>
эндобдж
310 0 объект
>
эндобдж
311 0 объект
>
эндобдж
312 0 объект
>
эндобдж
313 0 объект
>
эндобдж
314 0 объект
>
эндобдж
315 0 объект
>
эндобдж
316 0 объект
>
эндобдж
317 0 объект
>
эндобдж
318 0 объект
>
эндобдж
319 0 объект
>
эндобдж
320 0 объект
>
эндобдж
321 0 объект
>
эндобдж
322 0 объект
>
/ ProcSet [/ PDF / Text / ImageC / ImageI / ImageB]
>>
эндобдж
323 0 объект
>
эндобдж
324 0 объект
>
эндобдж
325 0 объект
>
эндобдж
326 0 объект
>
транслировать
xYˮ6 + `Rd ٷ hwi / EU (& y% EP Ճ Μ93v_v3x ׏) v_> ~~ — ߗ?

Гидратация цемента — [PDF-документ]

Гидратация портландцементаКимберли Куртис Школа гражданского строительства Технологический институт Джорджии Атланта, Джорджия

Состав цементаCaCO3 (известняк) 2SiO2Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремнеземный песок) ~ 1450oC

Печь

CaOSO2

Цементный цемент

2CaOSiO2 3CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3

Клинкер

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и т. Д.)

Присутствие и замещение (например, Na + на Ca2 +) примесей может привести к структурной дырке

, реактивности полиморфизма в цементе

химическая комбинация цемента и воды Два основных механизма: Сквозное растворение — включает растворение безводных соединений до их ионных компонентов, образование гидратов в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Происходят топохимические реакции или гидратация в твердом состоянии непосредственно на поверхности безводных цементных смесей без t переход в раствор

Гидратация цемента Что происходит при добавлении воды в цемент? Растворение зерен цемента Растущая концентрация ионов в воде (теперь раствор) Образование соединений в растворе После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых веществ (продукты гидратации). На более поздних стадиях продукты образуются на поверхности безводного цемента или очень близко к нейCa +2 Al + 3 SiOOH- Al + 3 OHCa + 2

Al + 3

Ca + 2 OHSiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Тейлор, Химия цемента

Гидратация цемента

C3S C2S C2S

54% 32% 7% 4%

C3S C2S C3A C4AF

52% 30% 17% 0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорости гидратации 4 ключевых фаз значительно различаются, такие свойства, как время до затвердевания время схватывания скорость затвердевания будет варьироваться в зависимости от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Cement Hydration70 Прочность на сжатие (МПа) 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 Время (дни) C3A + CSh3 C4AF + CSh3 C3S

10,000 Прочность на сжатие (psi) 8000 6,000C2S

4,000 2,000 0

80

100

Повышение прочности на сжатие в пастах из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Быстро гидратируется и затвердевает. схватывание и ранняя прочность

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Дикальций силикат (белит) Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Гидратируется и затвердевает медленно Способствует повышению прочности в более позднем возрасте (более 7 дней)

C2S

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Гидраты, га Быстро нагревается Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Увлажняет и затвердевает медленно Способствует укреплению в более позднем возрасте (более 7 дней) Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

C2S

C3A

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Быстро гидратируется и затвердевает. Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Слегка способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам Снижает температуру клинкерации Быстро гидратируется, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за гидратов феррита

C2S

C3A

C4AF

Тетракальций алюминий оферрит (феррит)

Количество0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

9000

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Пористость

Количество CS

H

H

H Ettring

CH Ettring

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Количество

Пористость

CSH Ettringite CH C- (9 A, F0003)

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

CSH

Сумма

9000 2 CH

C- (A, F) -H Пористость моносульфат Эттрингит

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

7 дней

Гидратация цемента — это химическая комбинация цемента и воды для образования продуктов гидратации Требуется время Может не завершиться на 100% Образование продуктов гидратации с течением времени приводит к: реакции гидратации более подробно

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H C3S2H8 + CH H = -500 Дж / г H = -250 Дж / г

Оба продукта образуют CSH и CH как продукты реакции C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах, богатых сульфатом). Во время гидратации C3S выделяется больше тепла. Продолжительность через ~ 7-14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H Гидрат силиката кальция C / S колеблется в пределах 1,1-2; ~ 1,5 типично H — еще более изменчиво Структура варьируется от плохо кристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) Прочность из-за ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) в сложной структуре.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Стекло через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

мокрая

сухая Sh3O = 200 м2 / г = 5-50 м2 / г

Изменения площади поверхности в зависимости от используемой техники

SN2

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение в кредит : M&M text

Некоторые другие модели для CS-H, адаптированные из Powers (1960-е)

Feldman and Sereda (1970)

Munich model, Wittman (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено: M&M text

Microscopical

Рисунок предоставлен Ричардсоном, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэрса (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глинистая структура

Некоторые другие модели для CS-H517eV

Высокое поглощение рентгеновских лучей Ca

347eV

Исходное изображение

345eV

Карта поглощения рентгеновских лучей

Низкий уровень поглощения рентгеновских лучей

по Ca

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CS-H Еннитоподобный C-SH Тоберморитоподобный CSH (I) При низком C / S C-SH напоминает тоберморит Тоберморит (C / S ~ 0,8) При высоком C / S C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобный 3 силикат 2 Замена H на Si-OH 1 SiO-мостик в средах мостиковых цепей 2 гидроксила, образующихся с межслоевым кальцием. Ca-OH. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры Длинный одиночный Si O Составной слой 2 пары силикатных цепей структура тетраэдров Ca-OHCaO лист

5A

Сводка моделей для CS-HT Таблица 6: Сводка моделей для структуры CSH. Название модели Основная экспериментальная основа Сорбция воды Объем пор Тип модели Избранные характеристики модели

Powers

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28% Атомная структура CSH

Taylor

X-ray TGA

Imperfect Tobomerite Jennite 2- 3 слоя

Брунауэра

Сорбция воды

Изменения структуры при сушке

Фельдман-Середа

Сорбция азота Длина по сравнению сЗависимость модуля упругости от относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

по сравнению с

Относительная влажность состава в зависимости от относительной влажности Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CS-HO Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса формируется на ранней стадии гидратации CSH образуется вдали от частиц цемента поверхность, заполняющая заполненное водой пространство, более высокая пористость содержит высокий уровень примесей, вероятно, смешанных с наноразмерными C4Ah22

Внутренняя vs.Внешний продукт CS-H Внутренний продукт (поздний) CSH / фенольные зерна образуются во время более поздней гидратации, когда процесс регулируется диффузией CSH растет внутрь и наружу от барьера CSH. Образовавшийся CSH принимает форму цементных зерен с меньшей пористостью, более плотным, с меньшим количеством примесей, более устойчивым к физическим воздействиям. изменение при сушке более обильное в виде гидратации или в виде воды

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH Гидроксид кальция или Ca (OH) 2 Определенная стехиометрия Изменяемая морфология — от больших шестиугольных призм до тонких , удлиненные кристаллы.Размер кристаллов зависит от доступного пространства. Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ. Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH.4-13.5)

Гидратация

Гидратация портландцемента — PDFCOFFEE.COM

Гидратация портландцемента
Цементный состав CaCO3 (известняк) 2SiO2 • Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремний

Просмотры 43
Загрузки 6
Размер файла 3MB

Отчет DMCA / Copyright

СКАЧАТЬ ФАЙЛ

Рекомендовать истории

Предварительный просмотр цитирования

Гидратация портландцемента

Состав цемента CaCO3 (известняк) 2SiO2 • Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кварцевый песок) ~ 1450oC

Печь

CaO • SO3000 • 2h3O

Гипс готовый

+

межмоловый

Клинкер

3CaO • SiO2 2CaO • SiO2 3CaO • Al2O3 4CaO • Al2O3 • Fe2O3

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и др.)

• наличие и замещение (эл.g., Na + для Ca2 +) примесей может привести к полиморфизму, структурным «дырам» и большей реакционной способности

Гидратация цемента Гидратация — химическое сочетание цемента и воды Два основных механизма: Через раствор — включает растворение безводных соединений до их ионных компонентов , образование гидратов в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Топохимические реакции, или гидратация в твердом состоянии, происходят непосредственно на поверхности безводных цементных смесей, не переходя в раствор

Гидратация цемента При добавлении воды в раствор цемент, что происходит? • Растворение зерен цемента • Растущая концентрация ионов в «воде» (теперь раствор) • Образование соединений в растворе • После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых веществ («продукты гидратации») • На более поздних стадиях продукты образуются на или очень близко к поверхности безводного цемента Ca + 2 Al + 3 SiO-

OHCa + 2

OH- Al + 3

Al + 3

Ca + 2 OH-

SiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Гидратация цемента

C3S

54%

C3S

52%

C2S

32%

C2S

000

000

000

000

000

000

000 C3A

17%

C4AF

4%

C4AF

0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорости гидратации 4 ключевых фаз значительно различаются, такие свойства, как • время застывания • время схватывания • скорость затвердевания зависит от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Гидратация цемента 10,000

60 8,000

C3S

50

6,000

40

C2S

h

h

h

C4AF + CSh3

0 0

20

40 60 Время (дни)

80

2000

Прочность на сжатие (psi)

Прочность на сжатие (МПа)

70

0

Повышение прочности на сжатие в пастах из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Трикальций силикат (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность

Свойства гидратированного цемента Соединения C3S

Силикат трикальция (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает. Прочность у

C2S

Силикат дикальция (белит)

Медленно гидратируется и затвердевает. Способствует повышению прочности при старении (более 7 дней)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Трикальций силикат (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает для начального схватывания и ранней прочности

C2S

Силикат дикальция (белит)

Медленно гидратируется и затвердевает Способствует более позднему старению (более 7 дней)

C3A

Трикальций алюминат

Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней. дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

Свойства гидратированных цементных смесей C3S

Силикат трикальция (алит)

Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность

C2S

Силикат дикальция (белит)

Гидратируется и медленно затвердевает Co Способствует более позднему возрасту прочности (более 7 дней)

C3A

Алюминат трикальция

Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием углерода более устойчивы к сульфатам

C4AF

Тетракальциевый алюмоферрит (феррит)

Снижает температуру клинкерирования Быстро гидратирует, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за ферритных гидратов

Количество 0

5

30 1

Минут

6

1

2

часов

7

28

90

28

90

дней

Количество

Пористость

CH 50003

0 Часы

6

1

2

7 дней

Сумма

Порози ty

CH Ettringite CSH

0

5

30 1

Минуты

2

6

1

2

Часы

7

0 28

90

дней

Количество

Пористость

CSH Ettringite CH C- (A, F) -H

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

000 2

000

Количество

CSH

CH

C- (A, F) -H Моносульфатная пористость Эттрингит

0

5 минут

30 1

2

6

1 9000

1 9000 часов

7

28

90

Дней

Гидратация цемента • Является ли химическая комбинация цемента и воды для образования продуктов гидратации • Требует времени • Может не завершиться на 100% Формирование продукции гидратации cts со временем приводит к: • жесткости (потере обрабатываемости) • схватыванию (затвердеванию) • затвердеванию (увеличению прочности) Давайте рассмотрим реакции гидратации более подробно…

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H → C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H → C3S2H8 + CH

∆H = -500J / g ∆H = -250J / g

• Оба продукта производят CSH и CH в качестве продуктов реакции • C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах с высоким содержанием сульфатов) • Больше тепла развивается во время гидратации C3S • Гидратация C3S происходит быстрее, что способствует укреплению в раннем возрасте (от 2–3 часов до 14 дней) • Гидратация C2S происходит медленнее и способствует увеличению силы примерно через 7–14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H • Гидрат силиката кальция • C / S варьируется от 1,1 до 2; ~ 1,5 типично • H еще более изменчиво • Структура варьируется от слабокристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена • Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) • Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) • Прочность за счет ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) внутри сложной структуры • Первичная фаза, придающая прочность портландцементному бетону

Изображение предоставлено: Dr.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Стекло через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

мокрая

сухая

Изменения площади поверхности в зависимости от используемой техники

Sh3O

= 200 м2 / г

SN2

= 5-50 м2 / г

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение предоставлено: текст M&M

Некоторые другие модели для CSH, адаптированные из Пауэрса (1960-е)

Фельдман и Середа (1970)

Модель Мюнхена, Виттман (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено текстом M&M

Микроскопические доказательства

Изображение предоставлено: Ричардсон, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэра (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глинистая структура

Некоторые другие модели для CSH 517 эВ

Высокое поглощение рентгеновских лучей Ca

347 эВ 345 эВ

Исходное изображение

Карта Ca

Низкое поглощение рентгеновских лучей 3

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CSH Jennite-like (C / S ~ 0,8) CS-H Тоберморит C- SH (I) При низком C / S, C-SH напоминает тоберморит, подобный бермориту, При высоком C / S, C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобные силикатные цепи H на Si-OH 123 SiO Замена мостиковых мостиковых сред 2 гидроксилами с образованием Ca-OH. с прослойкой кальция. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры SiO 2 спаривание Длинные одиночные композитные слои силикатные цепи структура тетраэдров Ca-OH CaO лист

5A

Сводка моделей для C-S-H Таблица 6: Сводка моделей для структуры C-S-H. Название модели

Основная экспериментальная база

Тип модели

Отдельные характеристики модели

Мощность

Сорбция воды Объем пор

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28%

Тейлор

Рентгеновский ТГА

Несовершенный тобомерит Jennite

Атомная структура CSH

Брунауэра

Сорбция воды

2-3 слоя

Изменения структуры при сушке

Длина сорбции Фельдмана-Середа2Зависимость модуля упругости от относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

по сравнению с

Относительная влажность состава по сравнению с относительной влажностью Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CSH Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса • образуется во время ранней гидратации • CSH образуется вне цемента поверхность частиц, заполняющая пространство, заполненное водой • более высокая пористость • содержит большое количество примесей • вероятно, с примесью наноразмеров C4AŠh22

Внутренний vs.Внешний продукт CSH Внутренний продукт (поздний) CSH / фенозерна • образуется во время более поздней гидратации, когда процесс контролируется диффузией • CSH растет внутрь и наружу от «барьера» CSH • Образующийся CSH принимает форму зерен цемента • более низкая пористость, более плотная • меньше примесей • более устойчивы к физическим изменениям при сушке • больше в виде гидратации ↑ или в / в ↓

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH • Гидроксид кальция или Ca (OH) 2 • Определенная стехиометрия • Изменяемая морфология — от больших шестиугольных призм до тонких удлиненных кристаллов • Размер кристаллов зависит от доступного пространства • Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ • Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH • Не сильно влияет на прочность • Сохраняет щелочной раствор пор (pH 12.4-13.5)

Гидратация алюминатов кальция • Реакция C3A с водой происходит очень быстро и выделяет много тепла — «Flash Set» • Гипс (CŠh3) добавляется в цемент для контроля гидратации C3A ∆H = -1350J / г C3A + 3CŠh3 + 26H → C6AŠ3h42

Период покоя

Установка

Роль гипса

Роль гипса

Гидратация алюминатов кальция

Когда остается больше C3HAŠ3CA +

C3HC3C4C +

Реакция C4AF протекает медленнее C4AF + 2CH + 14H → C4 (A, F) h23 + (A, F) h4

Гидратация алюминатов кальция • Реакция фазы C4AF (феррита) протекает медленнее и выделяет меньше тепла, чем C3A • Также сильно тормозится гипсом C4AF + 3CŠh3 + 21H C6 (A, F) Š3h42 + (F, A) h4 C4AF + C6 (A, F) Š3h42 3C4 (A, F) Šh22 + (F, A) h4

• Продукты C4AF более устойчивы к сульфатной атаке, чем продукты гидратации C3A.

Гидратация алюминатов кальция C6AŠ3h42 (Ettringite, Aft) • Игольчатый m орфология • Иглы блокируются, впитывают много воды • способствует застыванию смеси • некоторая начальная прочность

Гидратация алюминатов кальция AWWW

H

H

H

CW

C

WC

H H

H

WW c / 2 = 1.075 нм

Кристаллическая структура эттрингита как часть выступа одной колонки, где A = Al, C = Ca, H = O группы OH, W = O молекулы h3O. Атомы водорода не показаны, как и молекулы h3O, присоединенные к атомам кальция, расположенным на центральной вертикальной линии рисунка. (на основе Taylor, 1997)

W

AWWW

H

H

CW

C

H

HA

H

W

WC H

Алюминаты.

Гипс

-3

Эттрингит

2 4-

)

-2

л г (SO

Стабильность эттрингита в щелочной среде в зависимости от pH и концентрации сульфат-иона. (Адаптировано из Hampson and Bailey, 1982)

Al-Hydroxide

Portlandite

-4

Log [SO4-2] Hydrogarnet

-5 11

12 pH

Гидратация алюминатов кальция Гексагональная пластина C4AŠh22 (моносульфат Афм) морфология расположена в виде «розеток» во время ранней гидратации • становится более «пластичной» при продолжающейся гидратации • может содержать примеси • уязвима для сульфатной атаки

13

Алюминаты кальция и сульфоалюминаты кальция • Включает эттрингит, гидратацию моносульфата, гидраты алюмината кальция и железо. -гидроксид алюминия • Составляют 15-20% твердого объема ГПУ • Не вносят большого вклада в прочность • Образование эттрингита, в частности, влияет на схватывание время • Высокая теплота гидратации для C3A может быть благоприятной или неблагоприятной в зависимости от области применения

Гидратированная цементная паста (hcp)

Гидратированная цементная паста (hcp)

Гидратированная цементная паста (hcp)

Образование продуктов гидратации с течением времени приводит к: • жесткости (потере удобоукладываемости) • схватыванию (затвердеванию) • затвердеванию (увеличению прочности)

Гидратация цемента

, сульфатная атака

Теплота гидратации • Гидратация цемента экзотермическая • Бетон является изолятором Теплота гидратации может быть : — вредно (температурные градиенты -> растрескивание) — полезно (тепло обеспечивает энергию активации при бетонировании в холодную погоду; более высокая начальная прочность)

Теплота гидратации Выделение тепла можно использовать для отображения процесса гидратации: (1) Начальное растворение твердых веществ (увеличение ионной концентрации) (2) Период индукции (3) Ускорение (4) Замедление (5) Устойчивый состояние

Гидратация цемента: Модель Аврами * • Популярная модель для описания гидратации в периоды ускорения (этапы 2 и 3) -ln (1-α) = [k (t-to)] m или, когда α мало, α = ktm

Где α — степень гидратации, t — время гидратации, где соответствует длине индукционного периода, k — константа скорости для процесса, управляемого зародышеобразованием, m = [(p / s) + q], где p = 1 для 1D. рост (иглы / волокна) m ~ 1-3 для C3S 2 для 2D (листы / пластины) 3 для 3D изотропного роста (сфера) s = 1 для роста, контролируемого границей раздела или границы раздела фаз = 2 для роста, управляемого диффузией и q = 0 для отсутствия нуклеации (насыщение нуклеации) 1 для непрерывной нуклеации с постоянной скоростью * Avrami, M.J. Phys. Chem., 7, 1103 (1938), 8, 212 (1940).

Гидратация цемента: модель Аврами • k, таким образом, представляет собой комбинированную константу скорости, учитывающую скорость зародышеобразования, скорость роста продукта и другие неучтенные факторы (например, изменение коэффициентов диффузии) • Можно рассчитать константу скорости k из данные калориметрии и уравнение Аврами: -ln (1-α) = [k (t-to)] m

• при моделировании как функции времени, а не степени гидратации: dα / dt = Amkm (t-to) m-1exp {- [k (t-to)] m} Где A — предэкспоненциальный множитель.Thomas and Jennings, Chem. Mat., 11: 1907-14, 1999.

Изображение предоставлено: Gartner et al, в Structure and Performance of Cements, Bensted and Barnes (Eds), Spon 2002.

Гидратация цемента: Модель Аврами • Может также определять активацию энергия (Ea) реакции, которую можно использовать для оценки температурной зависимости реакции:

k (T) = A exp (-Ea / RT) где T — абсолютная температура (K), R — газовая постоянная ,

Thomas and Jennings, Chem. Матем., 11: 1907-14, 1999.

Гидратация цемента: уравнение Джандера * • В период замедления для моделирования реакции цемента в течение этого периода использовалось уравнение Джандера для процессов, контролируемых диффузией: [1- (1-α) 1/3] 2 = kD Где kD — константа скорости процессов, контролируемых диффузией.

* Jelenic, Adv. Джем. Tech. Gosh (Ed), p.397, Pergamon, 1987. Bezjak and Jelenic, Cem. Конц. Res., 10: 553, 1980.

Гидратация цемента: простые кинетические модели • Можно оценить α на основе имеющейся пористости, заполненной водой (φw):

, где k1 аналогичен константе скорости первого порядка и зависит от конкретный состав цемента, гранулометрический состав, температура твердения и т. д.• Этот подход, основанный на «физической» кинетике первого порядка и описанный Бенцем *, предполагает, что скорость гидратации просто пропорциональна объемной доле этой заполненной водой пористости. • Другие модели ** связывают кинетику гидратации с изменяющимся радиусом идеализированное распределение частиц или частиц цемента * D. П. Бенц, «Влияние соотношения воды и цемента на кинетику гидратации: простые модели, основанные на пространственных соображениях» на http://ciks.cbt.nist.gov/~garbocz/hydration_rates/index.html ** J.Поммершейм М., Клифтон Дж. Р. Математическое моделирование гидратации трикальцийсиликата. Cem Concr Res 9 (1979) 765-770. Т. Кнудсен, Модель дисперсии для гидратации портландцемента 1. Общие концепции, Cem Concr Res 14 (1984) 622-630. Б. Осбэк, В. Йохансен, Гранулометрический состав и скорость развития прочности портландцемента. J Am Ceram Soc 72 (2) (1989) 197-201.

Гидратация цемента: простые кинетические модели Подставив в уравнение Пауэрса для пористости, заполненной водой

, результат можно интегрировать и решить с помощью границы ƒexp — это условие объемного расширения, при котором α (0) = 0, что дает:

Коэффициент

для «твердые» продукты гидратации цемента относительно прореагировавшего цемента (часто принимают = 1.15),

(функция минимума гарантирует, что α

Гидратация портландцемента

Гидратация портландцемента Кимберли Куртис Школа гражданского строительства Технологический институт Джорджии Атланта, Джорджия

Состав цементаCaCO3 (известняк) 2SiO2Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремнеземный песок) ~ 1450oC

Печь

CaOSO2

Цементный цемент

2CaOSiO2 3CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3

Клинкер

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и т. Д.)

наличие и замещение (напр.g., Na + для Ca2 +) примесей может привести к полиморфизму, структурным дырам и большей реакционной способности

Гидратация цемента Гидратация — химическое сочетание цемента и воды Два основных механизма: Через раствор — включает растворение безводных соединений до их ионных компонентов, образование гидраты в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Топохимические или твердофазные реакции протекают непосредственно на поверхности безводных цементных смесей, не переходя в раствор

Гидратация цемента Что происходит при добавлении воды в цемент ? Растворение зерен цемента Растущая концентрация ионов в воде (теперь раствор) Образование соединений в растворе После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых веществ (продукты гидратации). На более поздних стадиях продукты образуются на поверхности безводного цемента или очень близко к нейCa +2 Al + 3 SiOOH- Al + 3 OHCa + 2

Al + 3

Ca + 2 OHSiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Тейлор, Химия цемента

Гидратация цемента

C3S C2S C2S

54% 32% 7% 4%

C3S C2S C3A C4AF

52% 30% 17% 0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорости гидратации 4 ключевых фаз значительно различаются, такие свойства, как время до затвердевания время схватывания скорость затвердевания будет варьироваться в зависимости от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Cement Hydration70 Прочность на сжатие (МПа) 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 Время (дни) C3A + CSh3 C4AF + CSh3 C3S

10,000 Прочность на сжатие (psi) 8000 6,000C2S

4,000 2,000 0

80

100

Повышение прочности на сжатие в пастах из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Быстро гидратируется и затвердевает. схватывание и ранняя прочность

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Дикальций силикат (белит) Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Гидратируется и затвердевает медленно Способствует повышению прочности в более позднем возрасте (более 7 дней)

C2S

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Гидраты, га Быстро нагревается Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Увлажняет и затвердевает медленно Способствует укреплению в более позднем возрасте (более 7 дней) Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

C2S

C3A

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Быстро гидратируется и затвердевает. Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Слегка способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам Снижает температуру клинкерации Быстро гидратируется, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за гидратов феррита

C2S

C3A

C4AF

Тетракальций алюминий оферрит (феррит)

Количество0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

9000

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Пористость

Количество CS

H

H

H Ettring

CH Ettring

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Количество

Пористость

CSH Ettringite CH C- (9 A, F0003)

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

CSH

Сумма

9000 2 CH

C- (A, F) -H Пористость моносульфат Эттрингит

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

7 дней

Гидратация цемента — это химическая комбинация цемента и воды для образования продуктов гидратации Требуется время Может не завершиться на 100% Образование продуктов гидратации с течением времени приводит к: реакции гидратации более подробно

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H C3S2H8 + CH H = -500 Дж / г H = -250 Дж / г

Оба продукта образуют CSH и CH как продукты реакции C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах, богатых сульфатом). Во время гидратации C3S выделяется больше тепла. Продолжительность через ~ 7-14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H Гидрат силиката кальция C / S колеблется в пределах 1,1-2; ~ 1,5 типично H — еще более изменчиво Структура варьируется от плохо кристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) Прочность из-за ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) в сложной структуре.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Стекло через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

мокрая

сухая Sh3O = 200 м2 / г = 5-50 м2 / г

Изменения площади поверхности в зависимости от используемой техники

SN2

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение в кредит : M&M text

Некоторые другие модели для CS-H, адаптированные из Powers (1960-е)

Feldman and Sereda (1970)

Munich model, Wittman (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено: M&M text

Microscopical

Рисунок предоставлен Ричардсоном, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэрса (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глинистая структура

Некоторые другие модели для CS-H517eV

Высокое поглощение рентгеновских лучей Ca

347eV

Исходное изображение

345eV

Карта поглощения рентгеновских лучей

Низкий уровень поглощения рентгеновских лучей

по Ca

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CS-H Еннитоподобный C-SH Тоберморитоподобный CSH (I) При низком C / S C-SH напоминает тоберморит Тоберморит (C / S ~ 0,8) При высоком C / S C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобный 3 силикат 2 Замена H на Si-OH 1 SiO-мостик в средах мостиковых цепей 2 гидроксила, образующихся с межслоевым кальцием. Ca-OH. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры Длинный одиночный Si O Составной слой 2 пары силикатных цепей структура тетраэдров Ca-OHCaO лист

5A

Сводка моделей для CS-HT Таблица 6: Сводка моделей для структуры CSH. Название модели Основная экспериментальная основа Сорбция воды Объем пор Тип модели Избранные характеристики модели

Powers

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28% Атомная структура CSH

Taylor

X-ray TGA

Imperfect Tobomerite Jennite 2- 3 слоя

Брунауэра

Сорбция воды

Изменения структуры при сушке

Фельдман-Середа

Сорбция азота Длина по сравнению сЗависимость модуля упругости от относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

по сравнению с

Относительная влажность состава в зависимости от относительной влажности Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CS-HO Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса формируется на ранней стадии гидратации CSH образуется вдали от частиц цемента поверхность, заполняющая заполненное водой пространство, более высокая пористость содержит высокий уровень примесей, вероятно, смешанных с наноразмерными C4Ah22

Внутренняя vs.Внешний продукт CS-H Внутренний продукт (поздний) CSH / фенольные зерна образуются во время более поздней гидратации, когда процесс регулируется диффузией CSH растет внутрь и наружу от барьера CSH. Образовавшийся CSH принимает форму цементных зерен с меньшей пористостью, более плотным, с меньшим количеством примесей, более устойчивым к физическим воздействиям. изменение при сушке более обильное в виде гидратации или в виде воды

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH Гидроксид кальция или Ca (OH) 2 Определенная стехиометрия Изменяемая морфология — от больших шестиугольных призм до тонких , удлиненные кристаллы.Размер кристаллов зависит от доступного пространства. Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ. Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH.4-13.5)

Гидратация

Гидратация портландцемента — [PDF-документ]

Гидратация портландцемента Кимберли Куртис Школа гражданского строительства Технологический институт Джорджии Атланта, Джорджия

Состав цементаCaCO3 (известняк) 2SiO2Al2O3 (глина, сланец) Fe2O3 (оксид железа) SiO2 (кремнеземный песок) ~ 1450oC

Печь

CaOSO2

Цементный цемент

2CaOSiO2 3CaOAl2O3 4CaOAl2O3Fe2O3

Клинкер

Цементный состав + примеси (K, Na, Mg и т. Д.)

наличие и замещение (напр.g., Na + для Ca2 +) примесей может привести к полиморфизму, структурным дырам и большей реакционной способности

Гидратация цемента Гидратация — химическое сочетание цемента и воды Два основных механизма: Через раствор — включает растворение безводных соединений до их ионных компонентов, образование гидраты в растворе и возможное осаждение из-за их низкой растворимости

Топохимические или твердофазные реакции протекают непосредственно на поверхности безводных цементных смесей, не переходя в раствор

Гидратация цемента Что происходит при добавлении воды в цемент ? Растворение зерен цемента Растущая концентрация ионов в воде (теперь раствор) Образование соединений в растворе После достижения концентрации насыщения соединения выпадают в осадок в виде твердых веществ (продукты гидратации). На более поздних стадиях продукты образуются на поверхности безводного цемента или очень близко к нейCa +2 Al + 3 SiOOH- Al + 3 OHCa + 2

Al + 3

Ca + 2 OHSiO-

Гидратация цемента

Гидратация цемента

Тейлор, Химия цемента

Гидратация цемента

C3S C2S C2S

54% 32% 7% 4%

C3S C2S C3A C4AF

52% 30% 17% 0%

Изображение предоставлено: Bentz из NIST

Гидратация цемента Поскольку скорости гидратации 4 ключевых фаз значительно различаются, такие свойства, как время до затвердевания время схватывания скорость затвердевания будет варьироваться в зависимости от состава цемента.

Гидратация цемента

Taylor, Cement Chemistry

Cement Hydration70 Прочность на сжатие (МПа) 60 50 40 30 20 10 0 0 20 40 60 Время (дни) C3A + CSh3 C4AF + CSh3 C3S

10,000 Прочность на сжатие (psi) 8000 6,000C2S

4,000 2,000 0

80

100

Повышение прочности на сжатие в пастах из чистых цементных смесей (Mindess et al, 2003)

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Быстро гидратируется и затвердевает. схватывание и ранняя прочность

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Дикальций силикат (белит) Быстро гидратируется и затвердевает Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Гидратируется и затвердевает медленно Способствует повышению прочности в более позднем возрасте (более 7 дней)

C2S

Свойства гидратированных цементных соединений C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Гидраты, га Быстро нагревается Отвечает за начальное схватывание и раннюю прочность Увлажняет и затвердевает медленно Способствует укреплению в более позднем возрасте (более 7 дней) Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Немного способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам

C2S

C3A

Свойства гидратированных цементных смесей C3S Силикат трикальция (алит) Силикат дикальция (белит) Алюминат трикальция Быстро гидратируется и затвердевает. Высвобождает большое количество тепла в течение первых нескольких дней Слегка способствует раннему развитию прочности Цементы с низким процентным содержанием более устойчивы к сульфатам Снижает температуру клинкерации Быстро гидратируется, но мало способствует прочности Цвет гидратированного цемента (серый) из-за гидратов феррита

C2S

C3A

C4AF

Тетракальций алюминий оферрит (феррит)

Количество0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

9000

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Пористость

Количество CS

H

H

H Ettring

CH Ettring

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

Количество

Пористость

CSH Ettringite CH C- (9 A, F0003)

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

28

90

CSH

Сумма

9000 2 CH

C- (A, F) -H Пористость моносульфат Эттрингит

0

5 минут

30 1

2 часа

6

1

2

7 дней

7 дней

Гидратация цемента — это химическая комбинация цемента и воды для образования продуктов гидратации Требуется время Может не завершиться на 100% Образование продуктов гидратации с течением времени приводит к: реакции гидратации более подробно

Гидратация силикатов кальция 2C3S + 7H C3S2H8 + 3CH 2C2S + 7H C3S2H8 + CH H = -500 Дж / г H = -250 Дж / г

Оба продукта образуют CSH и CH как продукты реакции C2S производит меньше CH (важно для долговечности в средах, богатых сульфатом). Во время гидратации C3S выделяется больше тепла. Продолжительность через ~ 7-14 дней.

Гидратация силикатов кальция Как и большинство химических реакций, скорость гидратации цемента зависит от температуры.

C-S-H Гидрат силиката кальция C / S колеблется в пределах 1,1-2; ~ 1,5 типично H — еще более изменчиво Структура варьируется от плохо кристаллической до аморфной — сильно варьируется и плохо изучена Занимает 50-60% твердого объема гидратированного цементного теста (ГПУ) Огромная площадь поверхности (100-700 м2 / г) Прочность из-за ковалентного / ионного связывания (~ 65%) и связывания Ван-дер-Ваальса (~ 35%) в сложной структуре.Эрик Лачовски, С.Ю. Хонг, Ф. Стекло через библиотеку микроскопии бетона в UIUC

C-S-H Структура C-S-H плохо изучена.

16 ч. Паста C3S

мокрая

сухая Sh3O = 200 м2 / г = 5-50 м2 / г

Изменения площади поверхности в зависимости от используемой техники

SN2

Снейтроны = 50 м2 / г

CSH

Изображение в кредит : M&M text

Некоторые другие модели для CS-H, адаптированные из Powers (1960-е)

Feldman and Sereda (1970)

Munich model, Wittman (1979)

Коллоидная модель

Изображение предоставлено: M&M text

Microscopical

Рисунок предоставлен Ричардсоном, в книге «Структура и характеристики цементов», Бенстед и Барнс (ред.), Spon 2002.

Тонкая фибриллярная структура, аналогичная модели Пауэрса (типичная для Ca / Si> 1,5)

Фольговидная структура, аналогичная модели Фельдмана-Середа (типичная для более низкого Ca / Si)

Некоторые другие модели для CSH

Листы силиката кальция Алюмосиликатные листы

Глинистая структура

Некоторые другие модели для CS-H517eV

Высокое поглощение рентгеновских лучей Ca

347eV

Исходное изображение

345eV

Карта поглощения рентгеновских лучей

Низкий уровень поглощения рентгеновских лучей

по Ca

E.Gartner, K.E. Куртис, П.Дж.М. Монтейро, Исследование цемента и бетона, май 2000 г., V30 (5): 817-822.

Некоторые другие модели для CS-H Еннитоподобный C-SH Тоберморитоподобный CSH (I) При низком C / S C-SH напоминает тоберморит Тоберморит (C / S ~ 0,8) При высоком C / S C-SH напоминает jennite Более высокие отношения C / S достигаются с помощью 3 основных механизмов. Дженнитоподобный 3 силикат 2 Замена H на Si-OH 1 SiO-мостик в средах мостиковых цепей 2 гидроксила, образующихся с межслоевым кальцием. Ca-OH. тетраэдры для межслоевого кальция.тетраэдры Длинный одиночный Si O Составной слой 2 пары силикатных цепей структура тетраэдров Ca-OHCaO лист

5A

Сводка моделей для CS-HT Таблица 6: Сводка моделей для структуры CSH. Название модели Основная экспериментальная основа Сорбция воды Объем пор Тип модели Избранные характеристики модели

Powers

Коллоид

Все продукты представляют собой гель Радиус частиц, 5 нм Объем пор геля, 28% Атомная структура CSH

Taylor

X-ray TGA

Imperfect Tobomerite Jennite 2- 3 слоя

Брунауэра

Сорбция воды

Изменения структуры при сушке

Фельдман-Середа

Сорбция азота Длина по сравнению сЗависимость модуля упругости от относительной влажности

Слои

Смятые и складчатые слои с обратимым удалением промежуточной воды при сушке

Виттманн

Модуль упругости по сравнению с относительной влажностью

Коллоид

Структура не определена

Плотность Дженнингса

по сравнению с

Относительная влажность состава в зависимости от относительной влажности Площадь поверхности

Коллоид

Фрактал: плотность и площадь поверхности зависят от масштаба длины

Внутренний и внешний продукт CS-HO Внешний продукт (ранний) CSH / основная масса формируется на ранней стадии гидратации CSH образуется вдали от частиц цемента поверхность, заполняющая заполненное водой пространство, более высокая пористость содержит высокий уровень примесей, вероятно, смешанных с наноразмерными C4Ah22

Внутренняя vs.Внешний продукт CS-H Внутренний продукт (поздний) CSH / фенольные зерна образуются во время более поздней гидратации, когда процесс регулируется диффузией CSH растет внутрь и наружу от барьера CSH. Образовавшийся CSH принимает форму цементных зерен с меньшей пористостью, более плотным, с меньшим количеством примесей, более устойчивым к физическим воздействиям. изменение при сушке более обильное в виде гидратации или в виде воды

C3S Hydration

1 день

3 дня

28 дней

CH Гидроксид кальция или Ca (OH) 2 Определенная стехиометрия Изменяемая морфология — от больших шестиугольных призм до тонких , удлиненные кристаллы.Размер кристаллов зависит от доступного пространства. Занимает 20-25% твердого объема в ГПУ. Площадь поверхности намного меньше, чем у CSH.4-13.5)

Hydration

Прочность базальтового камня на раздавливание

Ключевые слова IJSER

Прочность на сжатие базальтовой породы — Горное оборудование Basic Rock Mechanics Basalt: 2,65 x 1000 кг / м3 = 2650 кг / м3 «Прочность на сжатие» равна максимальная сила, которую можно приложить к образцу горной породы, не разрушая его. Еще люди спрашивают, как базальт увеличивает прочность бетона? При использовании базальта в бетоне исходное водоцементное соотношение бетонной смеси должно корректироваться на количество воды, имеющейся в базальтовом заполнителе.2. Результаты лабораторных испытаний прочности на сжатие, по-видимому, указывают на то, что увеличение процентного содержания базальта увеличивает прочность смеси. Базальтовый заполнитель как крупнозернистый высокопрочный

АННОТАЦИЯ: В данной работе изучены свойства базальтового камня на плавкость базальтовой каменной плитки. Испытания базальта доступны в Керли Тал: Район Панахала: Колхапур, западная Махараштра, будут проводиться для выявления ряда свойств, подходящих для производства каменной плитки. В которых на данный момент проводятся испытания на прочность на сжатие (раздавливание), прочность на изгиб (поперечный), на плотность и пористость, на водопоглощение, исследуются свойства базальтового камня.Изучение измерений прочности и деформации базальтовых пород, наряду с рассмотрением влияния трещиноватости с использованием системы классификации горных массивов, документирует диапазон хрупкого отклика для базальтовых горных пород.