Проектная прочность
Проектная прочность (марка) –нормируемая прочность бетона в возрасте 28 суток или в другие сроки, допускающая передачу на изделие полной проектной нагрузки. Если в проектной документации, ГОСТ или ТУ на изделие не указан срок достижения бетоном проектной марки, то таким сроком следует считать 28 суток со дня изготовления.
Усредненные значения коэффициентов прироста прочности бетонов на цементах различных видов, твердеющих на открытом воздухе при положительных температурах в возрасте 90 и 180 суток, приведены в табл. 5.
Передаточная прочность
Передаточная прочность – нормируемая прочность бетона предварительно напряженных изделий к моменту передачи на него предварительного натяжения арматуры.
Величину передаточной прочности бетона регламентирует проект, ГОСТ или ТУ на данный вид изделий.
Передаточная прочность бетона назначается не ниже 70 % проектной марки, принимаемой, как правило, для предварительно напряженных изделий, в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры; при этом фактическая величина передаточной прочности с учетом требований статистического контроля на производстве должна составлять не менее 14 МПа, а при стержневой арматуре класса Αт-VI, арматурных канатах и проволочной арматуре без промежуточных головок – не менее 20 МПа.
| Свойства бетона | Обозначения | Единица Измерения | Формула перевода (соотношение) |
| Призменная прочность | RПр | МПа | |
| Прочность на осевое растяжение | RР | МПа | |
| Прочность на растяжение при изгибе | RР. и | МПа | |
| Начальный модуль упругости | ЕБ | МПа | |
| Модуль сдвига | G6 | МПа | |
| Прочность сцепления с арматурой Предел усталости | RСц | МПа МПа | |
| Прочность при срезе (скалывании) | RCp | МПа | |
| Прочность при смятии | RCm | МПа | I |
| Коэффициент линейного расширения при нагреве от 0 до 100°С | α | Град-1 | |
| Усадка бетона (предельная сжимаемость) | Мм/м | 0,2 – 0,4 | |
| То же, армированного | Мм/м | 0,15 | |
| Характеристика ползучести | φ+ | — | |
| Предельная растяжимость | Мм/м | 0,1—2 | |
| Коэффициент теплопроводности | λ | Вт / (м. к) | λ ≈ 1,4 |
| Истираемость | И | Г/см2 | И = 0,01 – 0,1 |
Основные характеристики и физические свойства тяжелого бетона приведены в табл. 4.
От чего зависит набор прочности?
Факторы, которые управляют набором прочностных свойств камня, включают: сколько времени прошло после заливки, температурно-влажностный режим выдерживания, качество (активность) и марку цемента, соотношение воды и цемента в растворе, пропорции компонентов в смеси, способ уплотнения, технологию перемешивания, способ и скорость укладки, качество и регулярность увлажнения, наличие пластификаторов (добавок-ускорителей твердения) в смеси зимой и пр. Поднятие марки бетона зависит от увеличения доли и более высокой марки цемента в смеси, пропорций компонентов. Марка прямо влияет на набор прочности бетона. Для низких марок критическая прочность имеет большее значение. Таблица 2 отражает данную закономерность.
Поэтому прочностью фундамента из бетона высокой марки определяется надежность, долговечность конструкции здания. Камень в холодную погоду приобретает прочность благодаря собственному тепловыделению, но для нормализации графика формирования камня целесообразно применять соответствующие добавки, ускоряющие твердение и снижающие температуру остановки гидратации. С ними смесь набирает марочную прочность уже через 14 суток. Удачным решением также станет изменение составляющих в бетоне. К примеру, глиноземистый цемент набирает прочностные показатели даже в морозы, так как выделяет примерно в 7 раз больше собственного тепла по сравнению портландцементом.
В наборе этого свойства существенную роль играют форма и фракция зерен натуральных наполнителей. Их неправильная форма и повышенная шероховатость обеспечивают лучшие условия сцепления и качество бетона. Известно, что увеличение доли воды в бетонной смеси способно привести к расслоению массы материала. Следствием этого также становится то, что при относительном увеличении доли воды в растворе на 60% от оптимального значения (в/ц = 0,4) происходит недобор прочности на 50% от марочной. Однако при соотношении вода/цемент 1/4 период отвердения (упрочнения) сокращается в два раза.
Чтобы ускорить процесс и минимизировать выдержку бетона, целесообразно применять пескобетоны с низким соотношением вода/цемент. Неуплотненный бетонный раствор имеет шансы вызреть только до 50% от нормативной прочности даже при оптимальном соотношении вода/цемент. Вместе с тем ручное уплотнение способно повысить его прочность на 30 – 40%, а вибротрамбовка повышает прочность до нормативных 95 – 100%.
Арматура для тяжелых бетонов
| Вид и класс напрягаемой арматуры | Проектная марка бетона не ниже |
| Проволочная арматура классов: | |
| B H с анкерами | 250 |
| Bp-II без анкеров при диаметре проволоки: до 5 мм включительно | 250 |
| 6 мм и более К-7 (ГОСТ 13840—68 *) | 400 |
| К-19 (ТУ 14—4—22—71 *) | 350 |
| От 10 до 18 мм (включительно) классов: | |
| A-IV и Αт-IV | 200 |
| A-V и Αт-V | 250 |
| Αт-VI | 350 |
| 20 мм и более классов: | |
| A-IV и Αт-IV | 250 |
| A-V и Αт-V | 350 |
| Αт-VI | 400 |
Таблица 5
| Вид и минералогический состав цемента | Значение коэффициента К, сут | |
| 90 | 180 | |
| Алюминатный портландцемент (C3 A ≥ 12 %) | 1,05 | 1.1 |
| Алитовый портландцемент (C3 S ≥ 50 %; C3 A ≤ 8 %) | 1,05 | 1,1 |
| Пуццолановый портландцемент, шлакопортландцемент с содержанием шлака до 40· % | 1,05 | 1,25 |
| Белитовый портландцемент и шлакопортландцемент с содержанием шлака более 50 % | 1,1 | 1,3 |
Примечание. Значения К могут определяться по формуле K = lgn / lg28 при п > 3, где
П – возраст бетона в сутках. Полученными данными можно пользоваться для ориентировочных расчетов состава бетона. При этом прочность бетона в возрасте п суток (RN) определяется по формуле RN = R28 • K.
Если проектная марка бетона принята выше указанного минимального значения, то передаточная прочность должна составлять не менее 50 % принятой проектной марки.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНТРОЛЮ ПРОЧНОСТИ БЕТОНА НЕРАЗРУШАЮЩИМИ МЕТОДАМИ
1. За единичное значение при неразрушающем контроле принимают:
— при контроле конструкций плоских и многопустотных плит перекрытий и покрытий, дорожных плит, панелей внутренних несущих стен, стеновых блоков, а также напорных и безнапорных труб — среднюю прочность бетона конструкции, вычисленную как среднее арифметическое значение прочности бетона контролируемых участков конструкции;
— во всех остальных случаях, включая монолитные и сборно-монолитные конструкции, — среднюю прочность бетона контролируемого участка конструкции (или часть монолитной, сборно-монолитной конструкции).
2. Контроль прочности бетона неразрушающими методами (ультразвуковым импульсным или механическими) в случае, когда за единичное значение принимают среднюю прочность бетона конструкции, проводят с использованием градуировочной зависимости, предварительно установленной в соответствии с требованиями действующих государственных стандартов на эти методы.
3. Контроль прочности бетона неразрушающими методами в случае, когда за единичное значение принимают среднюю прочность бетона контролируемого участка, проводят с использованием поправочного коэффициента К
п в формуле (), который определяют перед началом перехода на эти методы при каждом изменении номинального состава бетона, технологии изготовления конструкции, вида применяемых материалов, при каждом новом установлении градуировочной зависимости, но не реже одного раза в год.
Коэффициент К
п вычисляют по формуле
где Vн.м — коэффициент вариации прочности бетона всех серий образцов, испытанных неразрушающим методом для установления градуировочной зависимости;
V
o — коэффициент вариации прочности бетона тех же серий образцов, испытанных нагружением для установления градуировочной зависимости.
Для установления градуировочной зависимости значение коэффициентов вариации V
o и
V
н.м определяют по формуле, аналогичной формуле (7).
Отпускная прочность
Отпускная прочность – нормативная прочность бетона, при которой изделие разрешается отгружать с завода потребителю.
Величина отпускной прочности бетона изделий регламентируется ГОСТ на данный вид изделий, а при отсутствии ГОСТ или если величина отпускной прочности не регламентирована ГОСТ, ее устанавливает предприятие-изготовитель по согласованию с потребителем и проектной организацией.
Величину отпускной прочности определяют с учетом условий транспортирования, монтажа и срока передачи нагрузки на изделия, а также с учетом технологии их изготовления и возможности дальнейшего нарастания прочности бетона в изделиях в зависимости от климатических условий района строительства и времени года.
При этом величина отпускной прочности бетона в процентах от его проектной марки по прочности на сжатие должна быть не менее приведенной ниже марке, допускается только в тех случаях, если при транспортировании и монтаже изделия могут быть допущены нагрузки, близкие к расчетным; в холодный период года, если не могут быть созданы условия для роста прочности бетона до передачи на изделие проектной нагрузки.
| Бетон в изделиях | Отпускная прочность, проц. от проектной марки, не менее |
| Тяжелый бетон и бетон на пористых заполнителях | |
| M150 и выше | 50 |
| Тяжелый бетон М100 и ниже | 70 |
| Бетон на пористых заполнителях Ml00 и ниже | 80 |
| Бетон всех видов и марок, изготовляемых с автоклавной обработкой…. | 100 |
Процесс набора
Бетон представляет собой популярный каменный материал, который создается на основе смеси воды, вяжущей добавки и заполнителя. В его состав вносятся специализированные добавки, отвечающие за особые свойства и функции.
В процессе гидратации происходит образование надежных монолитных соединений, которые приобретают свойства прочного искусственного камня. Для формирования монолита требуется несколько недель (до 28 суток), а получение заводских качеств занимает до 6 месяцев.
Созревание бетона состоит из 2 этапов:
- Схватывание. Является начальной стадией.
- Твердение. Финишная стадия.
Зная все нормы созревания, можно определить, сколько лет прослужит монолитная конструкция.
Схватывание
Использовать стройматериал сразу после заливки нельзя. Перед этим необходимо ознакомиться с графиком набора прочности бетона и спецификой каждого этапа его созревания. Нередко смесь доставляется на строительную площадку с помощью специальной техники, поэтому ее поддерживают в подвижном состоянии с помощью автоматизированного оборудования. Технология тиксотропии сохраняет базовые параметры консистенции до момента заливки, приостанавливая естественное созревание.
Но если выдержать смесь дольше допустимого времени или подвергнуть ее воздействию высоких температур, требуемые рабочие свойства будут ухудшены. В таблице набора прочности бетона упоминается, что он схватывается за период от 20 минут до 20 часов. Если работа выполняется при отрицательных температурах в зимнее время, термин увеличится до 6-10 часов.
Для защиты конструкции от деформации необходимо позаботиться о наличии теплой опалубки. Армированные элементы тщательно прогреваются и очищаются от льда. В летний период теплая опалубка малоэффективна.
Еще некоторые эксперты используют для зимних работ специализированные добавки и теплоизолирующие материалы. Выбирая этот вариант, необходимо ознакомиться с их свойствами и инструкцией по применению.
Для нагревания смеси можно использовать такие приспособления:
- Пар.
- Электроток.
- Известь-кипелку.
- Экзотермические цементы.
- Всевозможные ускорители.
Специалисты рекомендуют приступать к заливке раствора в формы при +20°C. В таком случае схватывание наступит через 1 час и займет не больше 60 минут. В жаркую погоду процесс происходит практически моментально.
Если применяются марки М300 и М200, а окружающая температура держится на отметке +20 °C, схватывающий процесс будет длиться в течение 1 часа.
Зная, сколько бетон набирает прочность, можно грамотно рассчитать время реализации проекта и определить приблизительные финансовые расходы.
Твердение
Следующий этап заключается в затвердевании бетонной смеси под воздействием гидратации. Процесс заключается в формировании из минералов цемента новых соединений. Если в составе раствора отсутствует влага, затвердевание будет замедлено или вовсе приостановлено, из-за чего материал не получит требуемую прочность и начнет растрескиваться.
При нормальном температурном режиме и достаточном количестве жидкости прочность будет постоянно расти. К благоприятным условиям относят температуру +20 °C и показатель влажности воздуха не меньше 90%.
Если такие требования соблюдены, процесс наращивания прочности составит 7-14 суток. За этот термин раствор получает 60-70% заявленной прочности, после чего процесс замедляется.
При выдерживании бетона в воде его прочностные свойства будут более высокими, чем при твердении на воздухе. Сухая среда способствует быстрому испарению влаги и остановке процесса. Это связано с тем, что зерна цементной смеси не успевают вступить в гидратацию. Поэтому, чтобы избежать неприятных последствий, необходимо исключить преждевременное высыхание бетона.
В процессе твердения монолита его объем постоянно меняется. Еще материал дает усадку — в поверхностных зонах она более быстрая, чем во внутренней части. В случае нехватки влажности при твердении на поверхности бетона появятся усадочные трещины. Дефекты возникают также при обильном тепловыделении.
Время набора прочности бетона зависит и от окружающей температуры. При низких отметках процесс замедляется, а при высоких — ускоряется.
Если возводимая конструкция будет подвергаться дополнительным нагрузкам или есть необходимость быстрее демонтировать опалубку, процесс твердения придется ускорить. Для таких задач задействуют специализированные добавки. Их концентрация определяется опытным путем в строительной лаборатории.
Чтобы получить заводскую прочность в сжатые сроки, необходимо правильно обслуживать раствор и поддерживать его во влажном состоянии, защищая от сотрясений, ударов и повреждений. При ненадлежащем уходе материал станет низкокачественным и уязвимым к растрескиванию.
Ключевой причиной нехватки прочности является низкая температура, которая сопровождает строителей при зимнем бетонировании.
Под воздействием холода возникают 2 проблемы:
- Замедление гидратации и рост сроков набора.
- Вымерзание жидкости из состава бетонной смеси, из-за чего набор прочностных свойств приостанавливается.
При низкой температуре сроки получения прочностных свойств сильно увеличиваются, поэтому к исходному сырью добавляют специальные компоненты.
В зимних условиях инженеры задействуют противоморозные добавки, которые запускают процессы набора и снижают температуру замерзания жидкого вещества.
При необходимости ускорить твердение при высокой температуре или повышенной влажности исходное сырье подвергается прогреву. После заливки смеси поверхность бетона нужно усилить матами или щитами, которые будут удерживать температуру от гидратации и сохранять требуемые условия. Если наполнитель замерзнет, его запрещено использовать для дальнейших работ.
Электрический прогрев бетона востребован на тех строительных площадках, где имеется доступ к трансформаторам с большой мощностью. Выполнение бетонных работ с применением электрического оборудования — лучший способ получить заводскую прочность без потери эксплуатационных качеств материала.
В зимний период бетон укрывают с целью защиты поверхности от потери тепла.
