• Стройка и ремонт с нуля до успешного финиша
  • Пошаговые мастер-классы с фото и видео
  • Контролируем рабочих или делаем своими руками
  • Калькуляторы для расчета материалов

Правило ВЦ основная зависимость, определяющая свойства бетона, Сайт о строительстве красивого дома

Опубликовано: 22.04.2017

Правило ВЦ основная зависимость, определяющая свойства бетона, Сайт о строительстве красивого дома

Рассматривается прогнозирование прочности бетона и проектирование его состава на основе В/Ц.

Прогнозирование прочности бетона и проектирование его состава являются двумя старейшими и взаимосвязанными проблемами бетоноведения.

Основополагающие работы Р.Фере, И.Г.Малюги, И.У.Самовича, а затем Д.Абрамса, М.Боломея, Н.М.Беляева, Б.Г.Скрамтаева, Ю.М.Баженова и других исследователей [1–12] привели к обоснованию и широкому применению в практической технологии закона (правила) В/Ц и основанных на нём расчётных зависимостей. Несмотря на многочисленные работы, показывающие недостатки и ограниченность закона В/Ц, практика убедительно показала его работоспособность при проектировании составов бетонных смесей.

Зависимость прочности бетона от В/Ц, имеющую решающее значение для расчёта составов бетона, правильнее рассматривать не как некий самостоятельный закон прочности, а как следствие или правило, вытекающее из универсальной физической зависимости прочности твёрдых материалов от их относительной плотности или пористости. Анализ множества известных эмпирических формул [7] показывает, что в наиболее общем виде для твёрдых тел эту зависимость можно выразить степенной функцией.

где П — пористость.

n — показатель степени, учитывающий особенности структуры материалов.

R0 — прочность беспористого материала.

При замене пористости на величину относительной плотности d=1 – П формула (1) приобретает вид.

Для материалов ячеистой структуры n примерно равен 2, зернистой — 3–6. Имеются данные о линейном увеличении n с увеличением размера пор.

Р.Фере [11] в 1892 г. впервыепредложил зависимость прочности бетона от параметра, пропорционального относительной плотности цементного теста в бетонной смеси (критерий Фере.

где Vц, Vв, Vвх — абсолютные объёмы цемента, воды и воздуха соответственно.

k — коэффициент, зависящий от качества цемента, продолжительности и режима твердения.

Формула Фере стала исходной для проектирования составов бетона с заданной прочностью.

Закон водоцементного отношения был сформулирован впервые Д.Абрамсом [1], который утверждал, что прочность бетона, приготовленного на одних и тех же исходных материалах, не зависит от состава бетонной смеси и определяется только водоцементным отношением. Обработав результаты более чем 50 тысяч испытаний, Абрамс предложил эмпирическую формулу.

где k — коэффициент прочности.

А — постоянный коэффициент.

х — отношение объёма воды к объёму цемента, насыпная плотность которого принята равной 1500 кг/м3.

Фере рассматривал установленную им закономерность в основном как средство лабораторного изучения бетона — в отличие от Абрамса, который положил её в основу методов проектирования составов бетона, широко реализованных в строительстве. В этом заключается основная ценность работы Абрамса: зависимость, предложенная Фере более близка к современным формулам прочности бетона, чем формула Абрамса.

Критерий Фере не учитывал изменение структуры цементного теста по мере гидратации, что позволило Т.К.Пауэрсу [8] видоизменить его в дальнейшем и представить как концентрацию твёрдых продуктов гидратации цемента в пространстве, доступном для этих веществ (отношение объёма «геля» к суммарному объёму «геля» и пустот.

Вслед за Фере и Пауэрсом однозначные зависимости прочности цементного камня и бетона от плотности и близким к ней параметрам были предложены многими исследователями [1–5, 7–9, 11, 12.

Уточняя для практических расчётов зависимость Абрамса, Р.Граф и Н.М.Беляев [4] предложили в конце 20-х годов прошлого столетия формулы прочности бетона типа.

где А и n — коэффициенты (по Графу, А = 4–8, n = 2; по Беляеву — А = 3,5–4, n = 1,5.

Графически формулу (5) можно представить семейством гиперболических кривых (рис.1.

Формула не описывает область, характерную для недостаточно уплотняемых жёстких смесей, когда после достижения экстремальных при заданном способе уплотнения значений прочность начинает уменьшаться при снижении В/Ц.

Примерно в то же время, когда были предложены зависимости Графа и Беляева, швейцарский исследователь М.Боломей [5], основываясь на зависимости Фере, обосновал формулу, ставшую исходной для семейства удобных для практики линейных зависимостей Rб = f(Ц/В.

где Ц/В — цементноводное отношение.

Формулы Rб = f(В/Ц), отражая примерно гиперболический характер изменения прочности бетона с изменением В/Ц (рис.1), и формулы Rб = f(Ц/В), описывающие линейное изменение прочности с изменением Ц/В по сути близки между собой. Действительно, геометрическим свойством гиперболы у=k/Х является способность в координатах у и 1/Х выражаться прямой линией.

В то же время Боломеем было указано, что расчётная формула (6) справедлива в области Ц/В = 0,9–2,5. Для общего случая Боломей предложил нелинейный вариант формулы прочности.

где ?б.с. — плотность бетонной смеси.

y — коэффициент, зависящий от вида цемента и изменяющийся в пределах 1,2–2,0.

k — коэффициент, зависящий от качества цемента, срока твердения и способа хранения.

Влияние активности цемента Боломейпредлагал учитывать опосредственно, через коэффициент К, вместе с другими факторами. В 1933 г. линейная формула Боломея была усовершенствована А.И.Яшвили [12], в результате она приняла вид.

где А и b — коэффициенты.

Значение коэффициента AЯшвили связывал с качеством заполнителя. По его данным, А колеблется в пределах от 0,35 до 0,53. Значение коэффициента b предлагалось связывать с возрастом бетона: 3 сут. — 0,85, 7 сут. — 0,70, 28 сут. — 0,55, 60 сут. — 0,47, 180 сут. — 0,45, 360 сут. — 0,43.

Позднее Б.Г.Скрамтаев [9] придал формуле Боломея вид.

— для бетона на гравии.

Rб = 0,5Rц(Ц/В – 0,5); (9.

— для бетона на щебне.

Rб = 0,55Rц(Ц/В – 0,5). (10.

После обработки данных обширных экспериментальных исследований Б.Г.Скрамтаев и Ю.М.Баженов [9] предложили зависимости, отражающие в целом нелинейный характер (рис.2) зависимости прочности бетона от Ц/В.

при Ц/В. 2,5 Rб = ARц(Ц/В – 0,5); (11.

при Ц/В. 2,5 Rб = A1Rц(Ц/В + 0,5). (12.

Приведённые формулы справедливы для бетонов из умеренно жёстких и подвижных бетонных смесей, уложенных вибрацией, при коэффициенте уплотнения не ниже 0,98.

Зависимость прочности бетона от Ц/В строго соблюдается лишь при «прочих равных условиях». Многие исследования показали влияние на прочность удобоукладываемости бетонной смеси, объёмной концентрации цементного камня и ряда других факторов. По данным Баженова [2], действительная прочность бетона может отличаться от расчётной в 1,3–1,5 раза. Составы с большим расходом цемента при тех же значениях В/Ц характеризуются, как правило, меньшей прочностью, и наоборот, более «тощие», но достаточно уплотнённые бетоны имеют повышенную прочность. Важную роль играют также крупность, водопоглощение, характер поверхности заполнителей, время с момента их дробления и другие факторы. Сделан ряд попыток усложнить зависимость прочности бетона от Ц/В или В/Ц, но при этом часто теряется основное её достоинство — однозначность функции Rсж=f(Ц/В),существенно упрощающая процедуру расчёта.

составы с большим расходом цемента при тех же значениях В/Ц характеризуются, как правило, меньшей прочностью, и наоборот, более «тощие», но достаточно уплотнённые бетоны имеют повышенную прочность.

Правило В/Ц в классической интерпретации учитывает лишь влияние на прочность бетона плотности цементного камня через параметр, характеризующий степень разжижения цементного клея в бетонных смесях. Модифицирование правила В/Ц и увеличение числа учитываемых факторов, влияющих на прочность бетона, достигается, во-первых, при учёте влияния заполнителей на водопотребность бетонных смесей, во-вторых, при рассмотрении возможности частичной замены цемента активными добавками и условном приравнивании влияния пор заполнителя и вовлеченного воздуха к влиянию воды как основного порообразующего фактора.

Ю.М.Баженовым, Л.А.Алимовым и В.В.Ворониным [3] было предложено учитывать влияние на прочность бетона качественной характеристики цементной матрицы, складывающейся к концу периода формирования структуры — водоцементного отношения теста в бетоне или так называемого «истинного В/Ц», при котором бетонная смесь будет иметь такие же подвижность и сроки схватывания, как у цементного теста. Показано, что структура цементного камня, сложившаяся к концу схватывания, будет влиять на окончательную его плотность и «при прочих равных условиях» предопределять свойства бетона.

На современном этапе развития технологических расчётов, в связи с необходимостью управления свойствами бетона и перехода к многопараметрическому проектированию составов бетона, то есть проектированию их не только по прочности, но и по ряду других свойств, закон В/Ц и соответстветствующие расчётные зависимости требуют нового осмысления с учётом экспериментально обоснованных положений структурной теории бетона.

Общее В/Ц бетона можно представить суммой.

В/Ц = В1/Ц + В2/Ц, (13.

где В1/Ц — водоцементное отношение цементного теста в бетоне, складывающееся к моменту определения водопотребности заполнителей («истинное В/Ц.

В2/Ц — водоцементное отношение, обусловленное водой, иммобилизованной заполнителями (В2.

где Вn и Вщ — водопотребность мелкого и крупного заполнителей соответственно.

П и Щ — расходы мелкого и крупного заполнителей.

* Термин «истинное В/Ц» в применении к В/Ц цементного теста в бетонной смеси, по нашему мнению, неудачен. Истинным или эффективным В/Ц в бетоноведческой литературе называют В/Ц с учётом поглощения воды заполнителями.

Мы изучали сравнительное влияние на прочность бетона при сжатии в 28-суточном возрасте (Rб) В1/Ц и В2/Ц [7]. Для изготовления бетонной смеси применяли портландцемент М500 с Кн.г.=0,25, кварцевый песок, гранитный щебень . Приготавливали цементное тесто с различными значениями В1/Ц, затем его перемешивали с заполнителями и добавляли воду в соответствии с условием. Результаты опытов приведены на рис. 3.

При постоянном В1/Ц увеличение В2/Ц за счёт перехода на заполнитель с большей водопотребностью при постоянном расходе цемента приводит к увеличению общего В/Ц и снижению прочности.

В наибольшей мере увеличение В2/Ц сказывается на прочности бетона при низких значениях В1/Ц. Вода, иммобилизованная заполнителями, ослабляет прежде всего зону контакта основных фаз бетона. Как известно, разрушение тяжёлого бетона начинается обычно с контактного слоя.

Для подтверждения предположения о влиянии водопотребности заполнителей на качественную характеристику контактной зоны изучали микротвёрдость контактной зоны на аншлифах растворов состава 1:2, изготовленных на исследованных песках с различной водопотребностью [7]. Аншлифы изготавливали из образцов растворов в 28-суточном возрасте, твердевших в нормальных температурно-влажностных условиях. Результаты измерений микротвёрдости приведены на рис. 4.

Они подтверждают выводы известных опытов Т.Ю.Любимовой и Э.Р.Пинуса о более высокой микротвёрдости цементного камня в контактных слоях на границе с зёрнами кварцевого песка в растворах и бетонах. В то же время при одинаковом В/Ц растворов микротвёрдость контактных слоёв заметно снижается с повышением водопотребности песка, что должно отражаться на сцеплении цементного камня с заполнителем и на величине прочности.

Для практических расчётов при проектировании составов тяжёлых и лёгких бетонов может использоваться «приведённое» Ц/В [7.

где Д, Ц, В — расходы добавки, цемента и воды соответственно, кг/м3.

Пз и Vз — пористость и объём пористого заполнителя соответственно.

Vвх — объём воздуха в бетонной смеси.

Кц.э. — коэффициент «цементирующей эффективности» или «цементный эквивалент» 1 кг добавки вводимой в бетонную смесь для экономии цемента.

При использовании параметра (Ц/В)пр открывается возможность разработки достаточно простых универсальных методик расчёта составов тяжёлых и лёгких бетонов, основанных на одних и тех же физических предпосылках.

Прогнозирование прочности бетона на основе правила В/Ц включает дополнительный учёт многих влияющих факторов через обобщённые коэффициенты.

прогнозирование прочности бетона на основе правила В/Ц включает дополнительный учёт многих влияющих факторов через обобщённые коэффициенты.

Ряд исследователей пытались повысить «разрешающую способность» обобщённых коэффициентов в формулах прочности. В. П. Сизовым разработана [10] специальная система поправок для коэффициента А в формуле прочности бетона, учитывающая крупность заполнителей и содержание отмучиваемых примесей, показатели подвижности и жёсткости бетонной смеси, нормальную густоту цементного теста. По В. П. Сизову.

где А0 — коэффициент А в формуле прочности бетона для некоторых эталонных условий (ОК = 2 см, Кн.г. = 27 %, Мк = 3, Dщ = 80 мм). Система поправок Сизова не учитывает длительность и условия твердения бетона, влияние добавок.

И. М.Грушко предложено [6] коэффициент А представить произведением коэффициентов.

где А1 и А2 — коэффициенты, учитывающие качество щебня и песка (коэффициенты макро- и мезоструктуры.

К — коэффициент, зависящий от методики определения активности цемента.

При определении активности цемента по действующему стандарту К = 0,58 и произведение коэффициентов А1•А2 изменяется в пределах 0,55–0,65, то есть в области, рекомендованной Б. Г. Скрамтаевым и Ю. М. Баженовым.

Формулу прочности бетона с повышенной «разрешающей способностью» можно представить в виде [7.

где рАi— мультипликативный коэффициент, учитывающий влияние ряда дополнительных факторов (длительности и условий твердения, влияния химических добавок и т.д.

Представление коэффициента А в виде мультипликативного фактора А = рАіпредполагает допущение, что все множители Аi не зависят друг от друга, от Rц и В/Ц. Учитывая, что расчётные значения прочности являются лишь базовыми и подлежат экспериментальному корректированию, это допущение можно принять с известной степенью точности.

Выражение мультипликативного коэффициента рА можно представить в виде.

рАі = А•А1…Аi…Аn, (19.

где Аi — коэффициент, учитывающий дополнительное влияние на прочность бетона i-го фактора (i = 1…n). Коэффициент А можно находить по формуле (16) с учётом поправочных коэффициентов [10.

Обычная технологическая информация позволяет учесть в мультипликативном коэффициенте, кроме основного коэффициента, определяемого с учётом системы поправок до 2–3 дополнительных коэффициентов Аi. Степень огрубленности расчётов зависит от уровня детализации используемых коэффициентов.

Зависимости Pi = f(Rц, Ц/В) могут применятся для расчёта всех показателей свойств (Pi), которые также, как и прочность при сжатии, однозначно связаны с плотностью цементного камня (рис.5). В табл. 1 приведены расчётные значения коэффициентов А и b в формуле типа Pi = ARц(Ц/В + b), полученные при статистической обработке выполненных нами экспериментов с использованием портландцемента марок М400 и М500, гранитного щебня крупностью 5–20 мм и кварцевого песка с модулем крупности 1,7–1,8 при изменении Ц/В от 1 до 2,5 [7]. Все показатели свойств испытывали по стандартизованным методикам в возрасте 28 сут.

Среднее отклонение расчётных и экспериментальных результатов.

Прочность бетона на растяжение при изгибе, МПа (Rр.и.

Прочность бетона на растяжение при раскалывании, МПа (Rр.р.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *