Строительство и ремонт

 Высокопрочный бетон

Быт. Хозяйство. Техника

Результаты многочисленных исследований влияния технологических факторов на прочность тяжелого бетона свидетельствуют [51, 80, 821 о том, что ее изменение удовлетворительно описывается эмпирической зависимостью

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 Л и а зависят от активности примененного цемента и содержания в нем различного рода добавок [821. Общеизвестно также влияние на прочность бетона петрографии и структуры исходной породы заполнителя [82, 981, формы зерен и гранулометрии 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 Л = 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.

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

Жесткость смеси при данном Ц/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 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 /Сн.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 Ву необходимое для обеспечения заданной жесткости (подвижности) смесей на портландцементах с нормальной густотой цементного теста /Сн.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 = JJJ.

При одинаковом качестве и количестве цементного теста в   бетоне  существует   оптимальное   соотношение   r=jnr

обеспечивающее наибольшую возможную удобоуклады-ваемость смеси на заданных материалах. Как из-за 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.

Положение прямой на рис. 2 существенно зависит от свойств заполнителя, особенно песка. С увеличением (уменьшением) модуля крупности песка на единицу   коэффициент а при том же значении Уц.т необходимо, на-лример, 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 = z0 (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).

Значения zQi соответствующие начальной водопотребности смесей, находятся в пределах z0 = 2,0-i-2,5 и, по некоторым данным, зависят от качества цемента [511. 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 Ъ = = 0,08 л/кг для наиболее распространенных заполнителей с максимальной крупностью 20 мм и предложено использовать формулу (1.5) при г0 = 2 в виде:

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 z 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].