ВЫСОКОПРОЧНЫЙ БЕТОН

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА И ДОЗИРОВКИ СОСТАВЛЯЮЩИХ НА СВОЙСТВА БЕТОНА И БЕТОННОЙ СМЕСИ

Результаты многочисленных исследований влияния тех­нологических факторов на прочность тяжелого бетона сви­детельствуют [51, 80, 82] о том, что ее изменение удовлет­ворительно описывается эмпирической зависимостью вида:

Ал)

Где R — кубиковая прочность бетона в 28-суточном возрасте в КГІсм2; Rn — активность цемента в кГ/см2; Ц и В — ве­совые расходы цемента и воды на 1 мв бетонной смеси; Л и а — эмпирические коэффициенты.

Естественно, что такая зависимость позволяет предва­рительно оценивать прочность бетона лишь при условии использования средних значений составляющих формулы (1.1). Фактическая прочность бетона может в большей или меньшей степени отклоняться от расчетной, так как она за­висит также от характеристик цемента и заполнителя.

Установлено, что значения коэффициентов А и а за­висят от активности примененного цемента и содержания в нем различного рода добавок [82]. Общеизвестно также влияние на прочность бетона петрографии и структуры ис­ходной породы. заполнителя [82, 98], формы зерен и грану­
лометрии крупного заполнителя [82], его максимального размера [127, 203]. Качество мелкого заполнителя отра­жается на прочности в меньшей степени [41, 98]. Целесооб­разно поэтому дифференцированно подходить к выбору соответствующих коэффициентов в выражении (1.1). На ос­новании результатов проведенных в последние годы иссле­дований [98] рекомендуется, например, принимать их ве­личину с учетом общей характеристики составляющих бе­тона. Для материалов высокого качества (портландцемент высокой активности с минимальным количеством добавок, щебень из плотных пород, заполнители с оптимальным гранулометрическим составом) рекомендуются коэффициен­ты А = 0,65 и а = 0,5.

Вне зависимости от степени уточнений предварительная оценка прочности бетона по эмпирическому выражению (1.1) дает возможность судить лишь о требуемом качестве цементного теста в бетоне. Решение вопроса о потребном количестве составляющих для бетона неразрывно связано с другой важнейшей характеристикой этого материала — подвижностью (удобоукладываемостью) бетонной смеси.

Прочность и жесткость (подвижность) бетонной смеси являются до некоторой степени независимыми показа­телями качества материала и вместе с тем находятся в не­разрывной связи между собой: прочность обусловлена рас­четными предпосылками на стадии проектирования, а же­сткость — технологическими возможностями обеспечения проектной прочности бетона в производственных условиях с учетом конструктивных особенностей изготовляемого эле­мента, средств уплотнения бетонной смеси и т. д.

Жесткость смеси при данном ЦІ В зависит преимущест­венно от количества цементного теста в бетоне. Закономер­ности этой связи исследованы в меньшей степени, чем эм­пирические зависимости для прочности бетона. Установ­лено, что определяющим здесь является абсолютный рас­ход воды В (а не цемента) в смеси. В работе [51], в част­ности, предложено оценивать жесткость бетонной смеси по эмпирической формуле

(1.2)

Где Ж — жесткость бетонной смеси, определяемая по тех­ническому вискозиметру в соответствии с ГОСТ 10178— 62; Кн. г — нормальная густота цементного теста в долях

Единицы; С — эмпирический коэффициент, зависящий от максимальной крупности заполнителя.

Близкая по характеру зависимость ( с показателем сте­пени, равным 9) обнаружена также С. Поповичем [174] при определении жесткости смеси по методу Пауэрса.

Зависимости (1.1) и (1.2) отражают лишь общие экспе­риментальные закономерности. Фактические же показа­тели жесткости смеси при заданном расходе воды В могут колебаться в сравнительно широких пределах. Помимо

Водопотребности цемента К н. г и максимальной крупности заполнителя, учитываемых формулой (1.2), существенное влияние оказывает форма зерен крупного заполнителя и особенно характеристики песка (крупность, грануло­метрический состав и т. д.). Поэтому на практике соответ­ствующие количественные соотношения между расходом воды и жесткостью смеси устанавливают обычно с учетом некоторых общих требований к качеству применяемых ма­териалов для данной категории тяжелых бетонов. В таких сопоставимых условиях рекомендуемые [51,102] значения расхода воды, как правило, мало отличаются друг от друга.

На рис. 1 показано изменение расхода воды 5, необ­ходимое для обеспечения заданной жесткости (подвиж­ности) смесей на портландцементах с нормальной густотой цементного теста Кн. г = 0,25^-0,26, гранитном щебне мак­симальной крупности 20 мм и песке средней крупности. Ре­зультаты, получаемые по формуле (1.2), практически хо­рошо согласуются с данными, приведенными Б. Г. Скрам - таевым, А. Е. Десовым, В. Г. Довжиком, А. Я. Либманом, О. А. Гершбергом и другими авторами в работе [51].

Оценивая водопотребность разных бетонных смесей, используемых для получений бетона заданной жесткости (см. рис. 1), следует иметь в виду, что даже при применении одних и тех же материалов водопотребность зависит от соотношений фракций в смеси заполнителей и, в частности,

П

От мелкого и крупного заполнителя г — щ-

При одинаковом качестве и количестве цементного теста

В бетоне существует оптимальное соотношение Г= щГ

Обеспечивающее наибольшую возможную удобоуклады - ваемость смеси на заданных материалах. Как из-5а уве­личения количества взаимных контактов крупного запол­нителя (при недостатке песка в смеси), так и из-за увели­чения удельной поверхности смеси заполнителя (при из­бытке песка) удобоукладываемость обычно снижается. По­этому при предварительном назначении расхода воды в сме­си (например, по рис. 1) следует предусматривать помимо всего прочего использование смесей с оптимальным грануло­метрическим составом заполнителей.

В ряде исследований [31, 82] установлено, что для

Ориентировочной оценки требуемого соотношения Г = щ

Можно использовать условный показатель, называемый

Коэффициентом раздвижки а = где Vv — объем ра-

^п. щ

Створа в бетоне; Уп. щ — объем пустот в щебне в стандарт­но-рыхлом состоянии. Значения этого коэффициента (рис. 2), соответствующие оптимальному составу заполнителя, на­ходятся в простой линейной связи с объемом цементного теста в бетоне VU. T. Поскольку объем определяют предва­рительно по заданной прочности бетона и подвижности смеси, соотношение г отыскивают при найденном а по вы­ражению

Г_ АУд. щ (1 — Уц. т) —(1 — Уп. щ) Уц. т 7п ^^ 1~Уп. щ Ущ '

Где уа и 7Щ — удельные веса песка и щебня в т/ж3.

Положение прямой на рис. 2 существенно зависит от свойств заполнителя, особенно песка. С увеличением (уменьшением) модуля крупности песка на единицу ко­
эффициент а при том же значении Уц. т необходимо, на­пример, увеличивать или уменьшать на 0,10—0,15 [82]. Окончательные выводы могут быть сделаны лишь путем проверки и корректировки расчетных величин на пробных замесах (см. раздел 3).

Удобоукладываемость бетонной смеси можно оценивать по г или а независимо от прочности тяжелого бетона на крупном заполнителе. Наряду с этим при подборе состава высокопрочного бетона, отличающегося, как правило,

Низким В/Ц и повышенным расходом цемента, необходимо принимать во внимание, что зависимости (1.1) и (1.2), до­статочно приемлемые для обычных значений В/Ц, при низких значениях В/Ц нарушаются [51, 82]. При некотором превышении Ц/В = 20 (рис. 3) особенно заметно прояв­ляются закономерности, не учитываемые выражениями (1.1) и (1.2): изменяются зависимости R = f(z) и нарушает­ся постоянство водопотребности равноподвижных смесей {Ж = const).

Поэтому при расчете бетонов с z ^ z0 Ж 2,5 зави­симость R = f(z) представляют в виде прямой, но с мень­шим углом наклона, нежели по формуле (1.1):

R=A1RU(Z + 0,5), (1.4)

Ц

Где z = ~ — цементоводное отношение смеси;

Аі = 0,43 для высококачественных материалов и при испытании цемента по ГОСТу.

Формула (1.4) рекомендована действующими норма­тивами наряду с выражением (1.1) для расчета составов

В в

Бетона с 0,4. При ц = 0,4 (z0 = 2,5) обе формулы

В

Приводят к одинаковым числовым результатам; при д == = 0,3 расхождение достигает уже 12%.

Изменение водопотребности Bz для смесей с одинаковой жесткостью (подвижностью) в зоне высоких значений г > > Z0 может быть приближенно описано выражением [51, 102]:

BZ^B l~~B_Z° , (1.5)

1 — bz

Где В — среднее значение водопотребности смеси заданной жесткости в области Z ^ z0, определяемое по выражению (1.2); Ъ — величина приращения расхода воды в л на 1 кг увеличения расхода цемента, при которой поддерживается неизменная жесткость смеси в области Z > z0.

Значения Z0, соответствующие начальной водопотреб­ности смесей, находятся в пределах Z0 = 2,0ч-2,5 и, по некоторым данным, зависят от качества цемента [51 ]. Как показано в работе [127], величина Ъ может изменяться от 0,04 до 0,13 л/кг для заполнителей, максимальная крупность которых возрастает соответственно с 10 до 70 мм. На ос­нове тех же данных, в работе [110] было принято b = = 0,08 л/кг для наиболее распространенных заполнителей с максимальной крупностью 20 мм и предложено исполь­зовать формулу (1.5) при Z0 = 2 в виде:

BZ = B 1Q>5 . (1.6)

12,5—z V 7

Из сравнения формулы (1.6) и более сложных зависи­мостей такого рода [51, 174] видно, что водопотребность оценивается практически одинаково (рис. 4). Изменение водопотребности смеси при высоких значениях г может быть весьма заметным даже при прочих одинаковых усло­виях (Ж = const).

Таким образом, для бетонов, приготовленных на оди­наковых материалах и из смесей определенной жесткости, повышение марочной прочности R сверх некоторого пре­дела достигается значительным увеличением расходов це­мента Ц = Bz (см. рис. 3). Учитывая эти соображения, верх­ний предел расхода цемента для получения высокопроч­ного бетона не должен превышать 550—600 кг/м3 [41, 82].

Наиболее радикальный способ снижения расхода це­мента в высокопрочном бетоне — использование возмож­но более жестких смесей с пониженными расходами воды. Однако применейие этого способа лимитируется особенно­стями изготовляемой конструкции и эффективностью средств уплотнения смеси.

Не менее важно соблюдать требования к качеству со­ставляющих для высокопрочного бетона, тщательно под­бирать гранулометрический состав заполнителей и в особен­ности устанавливать правильное соотношение между песком

И щебнем (см. стр. 6). Помимо прочего, здесь следует избе­гать применения загрязненных заполнителей, приводя­щего к повышению расходов воды для получения задан­ной жесткости смеси [41].