СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Марки и классы бетона

При проектировании бетонных и железобетонных конструкций назначают требуемые характеристики бетона: класс (марку) прочно­сти, марки морозостойкости и водонепроницаемости.

За проектную марку бетона по прочности на сжатие прини­мают сопротивление осевому сжатию (кгс/см2) эталонных образцов - кубов.

За проектную марку бетона по прочности на осевое растяже­ние принимают сопротивление осевому растяжению (кгс/см2) кон­трольных образцов. Эта марка назначается тогда, когда она имеет главенствующее значение.

Проектная марка бетона по морозостойкости характеризуется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы в условиях стандартного испытания. Назна­чается для бетона, подвергающегося многократному воздействию отрицательных температур.

Проектная марка бетона по водонепроницаемости характери­зуется односторонним гидростатическим давлением (кгс/см2), при котором образцы бетона не пропускают воду в условиях стандартно-

264

го испытания. Назначается для бетона, к которому предъявляются требования по плотности и водонепроницаемости.

Проектную марку бетона по прочности на сжатие контролиру­ют путем испытания стандартных бетонных образцов: для монолит­ных конструкций — в возрасте 28 сут, дня сборных конструкций — в сроки, установленные для данного вида изделий стандартом или тех­ническими условиями.

Проектную марку бетона монолитных конструкций разрешается устанавливать при специальном обосновании в возрасте 90 или 180 сут в зависимости от сроков загружения, что позволяет эконо­мить цемент.

Прочность бетона определяют путем испытания образцов, кото­рые изготовляют сериями; серия состоит как минимум из двух образ­цов. Для изготовления контрольных образцов отбирают пробу бетон­ной смеси из средней части замеса или порции смеси. Бетонную смесь уплотняют в формах на лабораторной площадке. Изготовленные об­разцы хранят не менее 24 ч в формах, покрытых влажной тканью, на воздухе температурой 20±2 °С, затем распалубленные образцы поме­щают в камеру «нормального твердения», в которой поддерживается относительная влажность воздуха не ниже 95% и температура 20±2 °С.

Поскольку образцы могут быть разной формы и размера, показа­тели прочности приводят к кубиковой прочности базового образца размером 15x15x15 см умножением на масштабный коэффициент. Для кубов с длиной ребра 10 см коэффициент равен 0,95; для 20 см — 1,05. Размер ребра куба должен быть примерно в три раза больше наибольшей крупности зерен заполнителя.

Предел прочности при растяжении возрастает при повышении марки бетона по прочности при сжатии, однако увеличение сопро­тивления растяжению замедляется в области высокопрочных бето­нов. Поэтому прочность бетона при растяжении составляет 1/10-1/17 предела прочности при сжатии, а предел прочности при изгибе — 1/6-1/10.

Проектные марки тяжелого бетона по прочности на сжатие: М50, М75, Ml00, Ml50, М200, М250, М300, М350, М400, М450, М500, М550, М600, М700, М800, М900, Ml000. Марки М300, М350 и М400 применяют при условии, что это приводит к экономии це­мента. Бетоны высоких марок используются для предварительно на­пряженных железобетонных конструкций. При этом плотный бетон хорошо защищает стальную арматуру от коррозии, что особенно важно для предварительно напряженных конструкций, работающих в агрессивных условиях.

Однородность прочности и класс бетона. Бетон должен быть однородным — это важнейшее техническое и экономическое требо­вание. Для оценки однородности прочности бетона данной марки ис­пользуют результаты контрольных испытаний бетонных образцов за определенный период времени (имеется в виду, что стандартные об­разцы твердели в одинаковых условиях одно и то же время). Проч­ность бетонных образцов будет колебаться, отклоняясь от среднего значения в большую и меньшую стороны. На прочности бетона ска­зываются колебания качества цемента и заполнителей, точность дози­рования составляющих, тщательность приготовления бетонной смеси и другие факторы. Чем ближе частные результаты испытания образ­цов к среднему значению, тем выше однородность прочности бетона.

Коэффициент вариации прочности бетона (%) вычисляют по формуле

Vr=S/R,

где S — среднее квадратическое отклонение частных результатов испытания от средней прочности R, определяемое по формуле

(10.7)

(10.8)

где R — предел прочности отдельного образца; п — число испы­танных образцов.

В идеальном случае «для абсолютно однородного» бетона S =0 и VR = 0. Определяют коэффициенты вариации прочности бетона: внут - рисерийный для партии изделий { vn ) и общий за анализируемый пе­риод (VR) продолжительностью 1-2 мес. Неудовлетворительная од­нородность бетона характеризуется значениями VR>16%. На пред­приятиях с хорошо налаженной технологией значение v0 не превы­шает 7-10%. Нормативный коэффициент вариации составляет 13,5%.

От коэффициента вариации зависит требуемая прочность бетона и, следовательно, расход цемента в бетоне и его экономические по­казатели. Требуемую прочность бетона определяют по формуле

(10.9)

где Япорм — нормируемая прочность бетона (отпускная, передаточ­ная, в промежуточном или проектном возрасте) данной марки бетона по прочности на сжатие, осевое растяжение или растяжение при изгибе.

Кт - 0,74 /(1 -1,64■ к/) — коэффициент требуемой прочности бе­тона, зависящий от коэффициента вариации прочности бетона за анализируемый период ( V®). (10.10)

Для повышения однородности прочности бетона необходимо применение цемента и заполнителей гарантированного качества, по­вышение уровня технологической дисциплины, автоматизация про­изводства.

Класс бетона — это количественная характеристика одного из его свойств с обеспеченностью > 0,95. Это означает, что класс бето­на должен обеспечиваться не менее чем в 95 случаях из 100 и лишь в 5 случаях он может иметь меньшее значение.

Для тяжелых и мелкозернистых бетонов, например, установлены следующие классы по прочности на сжатие (МПа): В3,5; В5; В7,5; В10; В15; В20; В25; В30; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В70; В75; В80.

Соотношение между классами и марками бетона в МПа по прочности на сжатие при нормативном коэффициенте вариации

VR = 13,5% составляет В / Rf =0,7786 . Например, для класса В5 сред­няя прочность бетона будет Rf = 6,42 МПа.

Прочность и твердение бетона. Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях. Взаимодействие цемента с водой прекращается, если бетон высыха­ет или замерзает. Раннее высыхание и замерзание бетона непопра­вимо ухудшает его строение и свойства.

Бетон нуждается в уходе, создающем нормальные условия тверде­ния, в особенности в начальный период после укладки (до 15-28 сут). В теплое время года влагу в бетоне сохраняют путем поливки и укры­тия. На поверхность свежеуложенного бетона наносят битумную эмульсию или его укрывают полиэтиленовыми и другими пленками.

Характер нарастания прочности бетонов, изготовленных на портландцементе и твердевших в нормальных условиях (во влажном воздухе с температурой 18-22 °С) показан на рис. 10.11. Прибли­женно можно считать, что прочность бетона со временем увеличива­ется примерно по логарифмическому закону:

*„=*28—, (10.11)

" 28 lg 28 v

где Rn — прочность бетона в возрасте п сут (не менее трех суток); К2& — марка бетона; п — число дней твердения бетона.

Эту формулу используют при ориентировочных расчетах време­ни распалубки. Более точно прочность бетона в промежуточные сро­ки твердения определяется по опытной кривой нарастания прочно­сти бетона, которая может быть построена по результатам испыта­ния образцов 3-, 7-, 28-, 90-суточного возраста. Бетон при нормаль­ных условиях твердения имеет низкую начальную прочность и толь­ко через 7-14 сут приобретает 60-80% марочной прочности. Проч­ность у 3-месячных образцов примерно на 25%, а у 12-месячных ■— на 75% выше, чем Т?28.