Структура и марочная прочность бетона, виды прочности и их определения

Испытание бетона на прочность

Наиболее важной характеристикой является марочная прочность бетона на сжатие. Этому виду нагрузок бетон сопротивляется лучше всего, поэтому проектирование всегда осуществляется таким образом, чтобы на конструкцию преимущественно действовали силы сжатия. Хотя так получается не всегда, и чаще всего приходится учитывать ещё и усилия при изгибе и растяжении.

Испытание бетона на прочность
Испытание прочности бетонной балочки на изгиб

Немного о структуре бетона

Окончательно структура бетона формируется по завершении его твердения, но итоговый результат зависит не только от условий окружающей среды. Вот что ещё влияет на прочность бетона и способствует формированию его структуры:

  1. вид, количество и активность вяжущего;
  2. гранулометрический состав компонентов;
  3. водоцементное соотношение и качество воды;
  4. качество уплотнения смеси.
уплотнение смеси
Качественное уплотнение смеси — важнейший фактор структурообразования бетона

Что происходит при затворении вяжущего водой

В момент затворения цемента водой начинается реакция гидролиза, в результате которой из трехкальциевого силиката высвобождается насыщающий раствор гидроксид кальция. На второй стадии гидратации, наступающей примерно через час, начинается активное образование мелких гидросиликатов кальция, превращающих влагу в цементный гель. Чем больше их образуется, тем более плотным и водонепроницаемым становится внешний слой монолита.

  • Так называемый скрытый период гидратации длится не более 3 часов, в течение которых цементное тесто под воздействием сил притяжения частиц вяжущего начинает приобретать подвижность и связность. Оболочки цементных зёрен активно поглощают влагу, толщина прослоек воды уменьшается, и постепенно подвижность бетонной смеси начинает снижаться.
  • На третьей стадии гидратации гидроксид кальция в растворе начинает кристаллизоваться, причём происходит это очень интенсивно. Начинают расти и занимать пространство между частицами цемента пластинки и волокна гидросиликатов кальция, разделяя поры, создавая и усиливая пространственные связи.
эттрингит в бетоне
Взгляд через микроскоп: образование минерала эттрингита в бетоне
  • Цементное тесто уже не просто схватывается, но и затвердевает, образуя цементный камень. Его структура получается хоть и жёсткой, но поначалу очень рыхлой. Но так как процесс гидратации не останавливается, камень постепенно уплотняется, объёмы пор в нём уменьшаются, зёрна цемента срастаются, увеличивая прочность камня.
  • Структура бетона формируется от начала затворения смеси до момента активного возрастания прочности. Продолжительность этого периода называют сроком схватывания, и зависит он в основном от водоцементного соотношения теста. К концу этого периода формируется твёрдая матрица, состоящая из продуктов гидратации вяжущего, она и становится «несущим» каркасом, от которого зависит будущая структура готового бетона.
  • Хотя здесь уже наиболее значимое влияние оказывает заполнитель. Его присутствие сокращает сроки формирования структуры, и чем его больше, тем быстрее движется процесс из-за действия поверхностных сил. Заполнитель отвлекает воду, поэтому при проектировании состава бетона оптимальное водоцементное соотношение приходится определять с учётом потребности в воде щебня и песка.

Для получения бетона с правильной структурой, его укладка в опалубку и вибрация должны осуществляться до начала периода схватывания. Любые воздействия на смесь после начала схватывания влекут нарушение структуры бетона, и как следствие снижается его прочность.

Влияние структуры на прочность бетона

Существует множество видов бетонов, и у каждого своя структура. У тяжёлых бетонов она наиболее плотная, у лёгких тоже может быть плотной, но обязательно имеет пористые включения как в самом цементном камне, так и в заполнителе. Есть так же ячеистые бетоны, отличающиеся развитой системой закрытых или сообщающихся ячеек, и крупнопористые, имеющие зернистую структуру.

Представление о структурных особенностях того или иного вида бетона и позволяет правильно спроектировать состав. Каждая структура даёт возможность получить свои показатели плотности, а в прямой зависимости от неё находится и проектная прочность бетона. Так что в итоге, именно от структуры зависят прочностные характеристики образовавшегося камня.

Например, при зернистой (крупнопористой) структуре цементный камень будет иметь более низкую прочность, чем при ячеистой — даже если у двух образцов будет одинаковая плотность и одинаковый объём. Да и что удивительного, если показатели прочности могут немного отличаться даже в образцах, изготовленных из одного состава!

испытания бетона на сжатие
Подготовка кубиков для испытаний на сжатие

Виной тому неоднородность структуры камня, которая и провоцирует колебания прочности по сечению. Именно поэтому для определения марочной прочности бетона используют не один образец, а несколько, и берут за основу усреднённые данные.

Что такое прочность бетона, его поведение под нагрузкой

У бетона, как и у любого другого конструктивного материала, важнейшим показателем является прочность. Под этим термином понимают способность камня сопротивляться разрушению под воздействием тех или иных нагрузок. Так, в бетонной конструкции могут создаваться напряжения вследствие сжатия, изгиба, растяжения, кручения или среза.

Цементный камень идеально работает на сжатие и в десятки раз хуже на растяжение и срез. Именно поэтому монолиты усиливают арматурой, так как она лучше всего сопротивляется растягивающим нагрузкам и помогает в этом бетону. Есть немало конструкций, которые работают преимущественно на изгиб: конструкции мостов и виадуков, полы, покрытия дорог и взлётных полос — для них наиболее важным показателем является марка прочности на изгиб и растяжение.

Арочные элементы
Арочные элементы помогают виадуку сопротивляться изгибающим нагрузкам

Показатель прочности — это пиковая нагрузка, при которой наступает физическое разрушение бетона — отделение его частей друг от друга. Если в теле камня есть нарушения структуры, прочность монолита снижается, и процесс разрушения проходит быстрее и легче.

Для всех хрупких материалов, разрушающихся под ударными нагрузками (а к их числу относится и бетон) характерна одна особенность. При сжатии в них возникают перпендикулярно действующие растягивающие напряжения, именно от их воздействия и происходит разрушение.

воздействие сжимающей нагрузки
Принцип воздействия сжимающей нагрузки

Виды прочностных показателей бетона

Задаваясь вопросом, бетон какой марки обладает большей прочностью, нужно понимать, какие вообще виды прочности вообще существуют. В производстве изделий сборного железобетона пользуются своими показателями, для строителей важны другие критерии, у проектировщиков третьи, и мы постараемся разобраться с этим вопросом.

Проектная прочность

Проектная, она же марочная прочность — это показатель сопротивления нагрузкам на сжатие, которые бетон может выдерживать в возрасте 28 дней, что позволяет приложить к конструкции полную, заданную проектом нагрузку (отсюда и название).

Почему именно через 28 дней? Учёными давно уже установлена закономерность нарастания прочности бетона. В естественных условиях это в среднем +20 градусов тепла, и 95% влажности, при которых стопроцентная прочность набирается на 28-е сутки.

Нормативная прочность бетона

В технических документах, регламентирующих производство бетонных смесей, изделий и конструкций из них, обязательно устанавливается норма набора прочности в промежуточном или проектном возрасте, и эти нормы должны контролироваться лабораторией. К числу нормируемых относят такие виды прочности:

  1. Передаточная прочность. Контролируется в изделиях и конструкциях с предварительно напрягаемой арматурой.
  2. В промежуточном возрасте (например, для снятия опалубки). Имеет значение для жидких бетонных смесей и заливаемых из них монолитных конструкций.
  3. Отпускная прочность. Соблюдается для бетонных и железобетонных изделий при отпуске со склада.
  4. В проектном возрасте. Важна и для бетонных смесей, и для изделий, и для конструкций. Может не проверяться только в преднапряжённых изделиях, если их передаточная прочность составила не менее 90%.
прочность бетона
Снимать опалубку с монолитных ЖБ конструкций можно только по достижении нормированной прочности в промежуточном возрасте

Примечание: Для каждого вида бетона есть свои показатели нормируемой прочности, их можно найти в действующих стандартах.

Требуемая и фактическая прочность — в чём разница

Фактической прочностью называют усреднённый показатель в партии, определённый по результатам испытаний конструкции без разрушения, или физического воздействия в лаборатории на образцы. Фактическая прочность тоже бывает передаточной, отпускной или в проектном возрасте, и по факту может отличаться от нормативной.

Однако существует и требуемая (минимальная) прочность. Этот показатель обычно устанавливается строительной лабораторией в соответствии с достигнутой однородностью бетона, и задаёт нижнюю планку для фактической прочности (она может быть выше требуемой, но не ниже).

Отпускная и распалубочная прочность бетона

По названию «отпускная» вполне понятно, что это норма прочности, которой должен достичь бетон в изделии при отпуске с завода. Чаще всего она регламентируется ГОСТами на конкретные виды изделий — в противном случае норму устанавливает само предприятие, но при согласовании с потребителем или проектировщиком.

Установка норм отпускной прочности осуществляется с учётом технологий изготовления изделий, способов их транспортировки, расчётных сроков загружения готовых конструкций.

В основном регламентируют отпускную прочность на сжатие, которая выражается в процентом соотношении от проектной прочности. Так, для изделий из тяжёлого, мелкозернистого и лёгкого бетона класса выше В15, отпускная прочность может составлять 50%, а для изделий класса В12,5 и ниже должна быть 70%.

Стопроцентную прочность набирают только автоклавные ячеистые бетоны, но этому способствует и сама технология производства. Отпускную прочность производитель обязательно указывает в паспорте на отгруженную партию.

Отгрузка с завода
Отгрузка изделий с завода осуществляется в соответствии с отпускной прочностью бетона

Обратите внимание: Для конструкций, изготавливаемых монолитным способом, ориентиром является не отпускная, а распалубочная прочность. На заводах ЖБИ по достижении распалубочной прочности изделия вынимаются из форм. Величина данного вида прочности устанавливается индивидуально для каждой разновидности изделий, и должна обеспечивать их безопасное внутризаводское перемещение.

Передаточная прочность — что это

В строительстве применяются технологии установки конструкций с предварительно напряжённой арматурой, что повышает устойчивость цементного камня к образованию трещин, улучшает способность к восприятию многократно повторяющихся циклических нагрузок. В основном это касается объектов с высоким коэффициентом надёжности, зданий, строящихся в сейсмически нестабильных регионах, возводимым по каркасным технологиям.

Суть метода заключается в том, что в железобетоне за счёт полного или частичного натяжения рабочих арматурных стержней, искусственно создаётся напряжение на заданную величину. К моменту приложения этого усилия бетон должен иметь определённую кубиковую прочность, которая и называется передаточной.

Анкера для натяжения арматуры
Анкера для натяжения пучков арматуры

Величина передаточной прочности на монолитные конструкции назначается проектом, на изделия — ГОСТом. Обычно она составляет 70% от проектной прочности (но не менее 14 мПа), которая обеспечит быструю и безопасную отгрузку, транспортировку и монтаж изделий без ожидания полного набора прочности бетона. Расчёт делается на то, что 100% наберётся к моменту приложения к конструкции эксплуатационных нагрузок.

Заключение

Прочность бетона его важнейшая характеристика, и зависит не только от вида и качества компонентов смеси, но и условий приготовления и твердения. Основной показатель — кубиковая прочность при осевом сжатии. На её основе смеси и присваивается класс прочности В с соответствующей цифрой, показывающей, какая прочность в мегапаскалях на 95% гарантируется затвердевшему монолиту.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector