Прочность бетона при сжатии определяют по результатам ис­пытания серии образцов-кубов, твердевших в нормальных усло­виях (температура воздуха — (20 ± 2) °С; относительная влажность воздуха — не ниже 95 %) в течение 28 дней (для бетона речных сооружений — 180 дней.

За базовый образец принят куб с длиной ребра 150 мм. Проч­ность образцов иных размеров умножают на масштабный коэф­фициент (табл. 9.3.

При изготовлении образцов бетонную смесь укладывают в форму слоями высотой не более 100 мм. Каждый слой уплотняют штыко.

Наибольшая крупность зерен заполнителя Цгаи6, мм.

Длина ребра куба, см.

Масштабный коэффициент а.

ванием стальным стержнем диаметром 16 мм с закругленным кон­цом. Число штыкований равно 0,Ы, где А — площадь грани об­разца, см2. При ОК 10 см бетонную смесь дополнительно уп­лотняют вибрированием на стандартной виброплощадке до появ­ления цементного молока на поверхности смеси. При Ж 11 с вибрирование производят с пригрузом, создающим давление (4 + 0,5) кПа. После уплотнения избыток бетонной смеси срезают вровень с краями формы и поверхность смеси заглаживают. Об­разцы хранят в течение 1 3 сут в формах, покрытых влажной тканью, в помещении с температурой воздуха (20 ± 2) °С. Затем их освобождают от форм, маркируют и выдерживают до испытания в камере с относительной влажностью воздуха не менее 95 % при температуре воздуха (20 ± 2) °С. При испытании образцы устанав­ливают так, чтобы заглаженная грань не прилегала к плитам пресса.

Предел прочности образца при сжатии определяют по формуле.

где а — масштабный коэффициент (см. табл. 9.2); F— максималь­ная нагрузка, МН; Ап — расчетная площадь образца, м2.

Прочность бетона вычисляют как среднее арифметическое зна­чение результатов испытаний (в серии из трех образцов — по двум, из четырех — по трем, из шести — по четырем наибольшим зна­чениям.

Прочность бетона зависит от следующих факторов.

1) вид и качество применяемых в бетоне цемента и заполните­лей.

2) состав бетона.

3) технологические факторы (возраст бетона, условия приго­товления, уплотнения, твердения.

При определении класса бетона по прочности влияние третьей группы факторов исключают, делая их стандартными.

Прочность бетона прямо пропорциональна активности цемен­та Лц. Применение щебня вместо гравия или горного песка вместо морского повышает прочность бетона в среднем на 10 %. При этом снижается ОК, так что равноподвижные смеси дают примерно равнопрочные бетоны.

Из трех параметров состава (В/Ц, г, Ц) лишь водоцементное отношение существенно влияет на прочность бетона; от двух дру­гих параметров (г и Ц) прочность бетона почти не зависит. Это обстоятельство является настолько важным для проектирования состава бетона, что его назвали законом водоцементного отноше­ния, который формулируется следующим образом: прочность бе­тона, приготовленного из неизменных материалов, зависит толь­ко от водоцементного отношения и не зависит от остальных пара­метров состава. Таким образом, если цемент и заполнители одни и те же, то зависимость прочности от состава бетона превращает- ся в однозначную: R28 = /(В/Ц). С увеличением водоцементного отношения прочность бетона снижается. Эта зависимость исполь­зуется при проектировании состава бетона для определения В/Ц по заданной в проекте сооружения прочности бетона (рис. 9.5, а.

Приближенно задача может быть решена с помощью эмпири­ческих формул, из которых наиболее широко применяется фор­мула швейцарского ученого Боломея.

где i?2s — прочность бетона в возрасте 28 дней; А — коэффициент, учитывающий вид и качество заполнителей; Rn — активность це­мента (прочность при сжатии половинок стандартных балочек из.

Заменив В/Ц обратной величиной, Боломей аппроксимиро­вал зависимость R2$ =/(Ц/В) линейной функцией (рис. 9.5, б). Формула (9.3) применима для портландцементных бетонов с Ц/В 1,25 2,50 (В/Ц = 0,8.„0,4.

В соответствии с формулой Боломея, чем выше активность це­мента, тем больше угол наклона прямой а и выше прочность бе­тона при том же значении Ц/В.

Наиболее интенсивно процесс твердения протекает в первые семь дней и очень медленно — после 28 дней твердения. При низ­кой влажности воздуха вода затворения быстро испаряется из бето­на, что замедляет гидратацию цемента и твердение бетона. В рай­онах с сухим климатом твердеющий бетон поливают водой и ук­рывают пленкой, предотвращающей потерю влаги. Повышение температуры бетона при сохранении достаточной влажности ус.

Рис. 9.5. Графики зависимостей прочности бетона от водоцементного от- ношения (а) и обратной ему величины (б.

коряет процессы гидратации цемента и нарастания прочности бетона. При температуре 70 90°С отпускную прочность бетона можно получить за 7 8 ч твердения. Твердение бетона ускоряют добавки неорганических солей (см. подразд. 9.8.

Прочность бетона при растяжении определяют на образцах восьмерках квадратного сечения, сторона которого может быть равна 7, 10, 15 или 20 см. Предел прочности при растяжении вы­числяют по формуле (9.2), как и в случае центрального сжатия. Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо сопротивляется растяжению.

Для обычных бетонов значения Ясж/Rp = 9 20. Поэтому бетон без армирования используют там, где нет растягивающих напря­жений.

В ГОСТ 26633 — 91 на сжатие установлены следующие классы бетона: В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40; В45; В50; В55; В60; В65; В65; В70; В75; В80. На растяжение уста­новлены следующие классы бетона: Bt0,4; Bt0,8; В, 1,2; В, 1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6; Bt4,0.

Класс бетона — это нормируемая прочность бетона, МПа, с гарантированной обеспеченностью (доверительной вероятностью) Г* при стандартном испытании. Если, например, Р 0,95, то уста­новленная классом прочность обеспечивается в 95 случаях стан­дартных испытаний из 100 и лишь в пяти случаях прочность мо­жет быть ниже нормируемой. Соотношение между классом В и средней прочностью бетона р, полученной на ограниченном числе образцов, составляет.

где х — показатель надежности, зависящий от доверительной ве­роятности Я; Cv — коэффициент вариации прочности бетона.

В нормах проектирования железобетонных промышленных и гражданских зданий и сооружений принята Р = 0,95, чему соот­ветствует х = 1,64. Коэффициент вариации прочности бетона для данных условий строительства установлен опытным путем и со­ставляет Cv = 0,135. Таким образом, (1 -%CV) = 0,78.

Для массивных гидротехнических сооружений принято Р- 0,90, чему соответствует х 1,3, а коэффициент вариации установлен равным 0,17, что также дает (1 %CV) = 0,78.

Морозостойкость — это способность насыщенного водой бето­на выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание.

Заполняющая поры бетона вода, превращаясь в лед, увеличи­вается в объеме и вызывает микрорастрескивание бетона. С ростом числа циклов замораживания и оттаивания повреждения в бетоне накапливаются и его прочность снижается. Сильнее всего страдает бетон в зоне переменного уровня воды.

Морозостойкость бетона характеризуется его маркой: F50; F75; F100; F150; F200; F300; F400; F500; F600; F800; F1000.

Марка означает число циклов замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы при стандартном испытании (проч­ность при сжатии снижается не более чем на 5.

Базовый метод определения морозостойкости заключается в следующем. Готовят 18 образцов-кубов (с длиной ребра 10, 15 или 20 см), из них 12 основных (подлежащих замораживанию —оттаи­ванию) и шесть контрольных. Все образцы выдерживают в камере нормального твердения в течение 24 сут, затем в течение 4 сут их насыщают водой. После этого контрольные образцы испытывают на сжатие, а основные подвергают попеременному заморажива­нию и размораживанию. Замораживают образцы в морозильной камере с температурой -(18 ± 2) °С в течение не менее 2,5, 3,5 или 5,5 ч соответственно размеру образца (с длиной ребра 10, 15 или 20 см). Оттаивание образцов происходит в воде при температуре (18 ± 2) °С в течение 2, 3 или 5 ч соответственно размеру образца (с длиной ребра 10, 15 или 20 см.

После проведения числа циклов, заданного маркой, образцы испытывают на сжатие. Прочность основных образцов должна со­ставлять не менее 95 % прочности контрольных образцов.

На морозостойкость бетона влияют следующие факторы.

1. Вид цемента. Наиболее морозостойкий бетон получается на портландцементе. На шлакопортландцементе и особенно на пуц цолановом портландцементе получаются неморозостойкие бето­ны.

2. Минералогический состав цемента. Повышенное содержание С3А в цементе снижает морозостойкость бетона.

3. Структура пористости. Морозостойкость бетона тем выше, чем меньше объем сообщающихся открытых для воды пор и чем меньше их размеры. Рост замкнутой пористости не оказывает от­рицательного влияния на морозостойкость.

4. Добавки к бетону. Для повышения морозостойкости в бетон вводят воздухововлекающие добавки. Несмотря на то что истин­ная пористость при этом увеличивается на 3 5 %, водопоглоще ние снижается на 10 15 %, так как уменьшается доля открытых пор.

5. Состав бетона. Из трех параметров состава бетона наиболь­шее влияние на морозостойкость оказывает водоцементное отно­шение: чем оно выше, тем ниже морозостойкость бетона (рис. 9.6). Зависимость F=/(В/Ц) используется при проектировании соста­ва бетона для определения В/Ц по заданной морозостойкости бе­тона Fw.

Водонепроницаемость бетона характеризуется его маркой по водонепроницаемости (ГОСТ 26633 — 91): W2; W4; W6; W8; W10; W12; W14; W16; W18 и W20. Число в марке обозначает наиболь­ ший перепад давления воды, кгс/см2, который выдерживают бетонные образцы.

Для испытаний изготавлива­ют шесть образцов-цилиндров диаметром 150 мм и высотой не менее 100, 50 или 30 мм при наи­большей крупности зерен соот­ветственно 20, 10 и 5 мм.

Образцы после 28 сут тверде­ния в нормальных условиях в те­чение суток выдерживают на воз­духе в лаборатории, а затем зак­лючают в стальную обойму. За­зор между образцом и обоймой заливают парафином или воском.

Подготовленные образцы (рис. 9.7) устанавливают в гнездах ис­пытательной установки и снизу подают воду под давлением, ко­торое повышают ступенчато по 0,2 МПа до появления мокрого пятна на верхней торцевой по­верхности образцов. Время вы­держки на каждой ступени зави­сит от высоты образцов h и со­ставляет 16, 12, 6 и 4 ч (при h соответственно 150, 100, 50 и 30 мм). Водонепроницаемость бе­тона характеризуют наибольшим перепадом давления воды, при котором четыре образца из шес­ти еще не имели мокрого пятна.

На водонепроницаемость ока­зывают влияние следующие фак­торы.

1. Вид цемента. Пуццолановый портландцемент дает более водо­непроницаемый бетон, чем шла­копортландцемент и портландце­мент.

2. Вид добавок. Поверхностно­активные добавки повышают во­донепроницаемость бетона, так как создают в основном замкну­тые поры.

3. Водоцементное отношение. Чем выше В/Ц, тем ниже водо­непроницаемость (рис. 9.8). По зависимости W=f.

4. Степень уплотнения. Чем сильнее уплотнена бетонная смесь в процессе укладки, тем выше водонепроницаемость бетона.

5. Режим твердения. Оптимальный тепловлажностный режим твердения благоприятно отражается на водонепроницаемости бе­тона.

Тепловыделение бетона обусловлено экзотермической реакцией между водой и цементом. В результате происходит саморазогрев бетонных конструкций при твердении. В, центральной части мас­сивных бетонных блоков температура может достигать 60 80°С, в то время как температура поверхности за счет охлаждения воз­духом значительно ниже. Саморазогрев бетона может вызвать тер­мические напряжения и образование трещин. Для снижения тем­пературы саморазогрева уменьшают тепловыделение бетона, ох­лаждают заполнители и воду перед затворением бетонной смеси, применяют охлаждение бетона водой, пропускаемой по заделан­ным в бетоне трубам. Для снижения тепловыделения применяют цемент с пониженной экзотермией (малым содержанием С3А и C3S) и сокращают его расход в бетоне.

Саморазогрев бетона играет положительную роль при тепло­вой обработке изделий (пропаривании, электропрогреве), уско­ряющей твердение бетона, а также в зимних условиях, когда теп­лота необходима для поддержания положительной температуры бетона при твердении. Тепловыделение, являясь в обоих случаях дополнительным источником энергии, позволяет сократить энер­гозатраты.