Основной закон прочности бетона

Прочность бетона зависит от прочности составляющих его материалов и от прочности сцепления их друг с другом. Прочность заполнителя (песка, щебня, гравия) в тяжелом бетоне, как правило, выше заданной прочности бетона, поэтому мало влияет на последнюю. Таким образом, прочность бетона определяется в основном двумя факторами:

-прочностью затвердевшего цементного камня;

-прочностью его сцепления с заполнителем.

Прочность цементного камня в свою очередь, зависит от двух факторов: активности (марки) используемого цемента(Rц) и соотношения количеств цемента и воды (Ц/В).

Чем выше марка цемента, тем при прочих равных условиях будет прочнее цементный камень. Зависимость прочности цементного камня от соотношения цемента и воды в бетонной смеси объясняется следующим. Цемент при твердении химически связывает не более 20-25 % воды от своей массы. Но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и, соответственно, подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40...80 % воды от массы цемента. Вода, кроме того, необходима для смачивания поверхности песка и крупного заполнителя: большая удельная поверхность заполнителя требует большего расхода воды. Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и соответственно ниже станет его прочность.

С другой стороны, если не обеспечить необходимую удобоукладываемость бетонной смеси, соответствующую принятому в данном конкретном случае методу уплотнения, то из-за недоуплотнения в структуре бетона появятся крупные пустоты и участки с нарушенной связью «цементный камень — заполнитель», что приведет к резкому снижению прочности бетона.

120 /40 160 180 200

Количество воды затворения кг/м³

Рис.1.Кривая зависимости прочности бетона от количества воды затворения (при неизменном расходе цемента и способе уплотнения):

1 — слишком жесткие недоуплотнённые бетонные смеси; 2- смеси с оптимальным количеством волы затворения (Вопт); 3 — подвижные смеси; 4 — литые бетонные смеси

Экспериментально кривая зависимости прочности бетона от ко­личества воды затворения (В) при постоянном расходе цемента (Ц) (т. е. фактически от В/Ц) и при одинаковом методе уплотнения (рис. 1.) подтверждает сказанное выше. Левая ветвь кривой отвечает недоуплотненным бетонным смесям, слишком жестким для данного способа уплотнения. При возрастании количества воды за­творения до известного предела бетонная смесь укладывается плотнее, уменьшается объем пустот, а прочность бетона повышается. При оптимальном (для данного способа уплотнения) количестве воды бетон имеет наибольшую прочность и плотность, что соответствует максимуму на кривой прочности. Дальнейшее увеличение количества воды разжижает бетонную смесь, повышает ее подвиж­ность. Однако добавляемая вода лишь частично связывается цементом, а избыток ее образует в бетоне поры — и в результате прочность бетона понижается (правая ветвь кривой).

Для каждой бетонной смеси существует оптимальное коли­чество воды, которое позволяет получить при данном способе уплотнения бетон с минимальной пористостью и наибольшей прочностью.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен за­полнителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих

равных условиях прочнее бетона на гравии. В обобщенном виде этот показатель именуется коэффициентом каче­ства заполнителей (А).

Высказанные теоретические предпосылки были положены в ос­нову экспериментальных исследований зависимости прочности бе­тона от Ц/В, марки цемента и качества заполнителей (под прочно­стью здесь и далее подразумевается марочная прочность, т. е. проч­ность после 28 суток твердения в стандартных условиях).

R_б = AR_ц (Ц/В + в)

Приведенная формула предложена И. Боломеем и уточнена Б. Г. Скрамтаевым. Она выражает основной закон прочности бето­на и используется для определения состава бетона по заданным параметрам.

Для обычных бетонов (марок ниже М400 – М500) в интервале Ц/В=1.4….2.5 формула

Боломея – Скрамтаева имеет вид;

R_б = АR_ц (Ц/В – 0.5)

а для высокопрочных бетонов при Ц/В = 2,5….3,3

R_б = А₁R_ц (Ц/В + 0.5)