Класс бетона по прочности на сжатие в мпа таблица: Прочность бетона в МПа, таблица, классы, марки |

Прочность бетона в МПа, таблица, классы, марки |

О бетоне уже написаны горы справочной литературы. Зарываться в нее обычному застройщику нет смысла, ему достаточно знать, что такое прочность бетона в МПа, таблицу конкретных значений этого показателя и как эти цифры можно использовать.

Итак, прочность бетона (ПБ) на сжатие — это самый главный показатель, которым характеризуется бетон.

Конкретное цифровое значение этого показателя называется Классом бетона (В). То есть под этим параметром понимают кубиковую прочность, которая способна выдержать прилагаемое давление в МПа с фиксированным процентом вероятности разрушение образца не более 5 экземпляров из сотни.

Это академическая формулировка.

Но на практике строитель обычно пользуется другими параметрами.

Существует также такой показатель ПБ, как марка (М). Этот предел прочности бетона измеряется в кгс/см2. Если свести все данные о прочности бетона в МПа и кгс/см2 в таблицу, то она будет иметь вот такой вид.

Как обычно проводятся испытания на прочность? Бетонный куб размерами 150x150x150 мм берется из заданной области бетонной смеси, крепится с металлической специальной форме и подвергается нагрузке. Отдельно следует сказать о том, что подобная операция производится, как правило, на 28-е сутки после укладки смеси.

Что дают застройщику числовые значения данных (выраженных в МПа или) этой таблицы прочности бетона?

Они помогают правильно определить область применения продукта.

Например, изделие В 15 идет на сооружение ж/б монолитных конструкций, рассчитанных под конкретную нагрузку. В 25 — на изготовление монолитных каркасов жилых зданий и т.д.

Какие факторы влияют на ПБ?

• Содержание цемента. Понятно, что ПБ будет тем выше (впрочем, только до известного предела), чем выше содержание цемента в смеси.
• Активность цемента. Здесь зависимость линейная и повышенная активность предпочтительней.
• Водоцементное отношение (В/Ц). С уменьшением В/Ц прочность увеличивается, с возрастанием, наоборот, уменьшается.

Как быть, если возникла необходимость перевести МПа в кгс/см2? Существует специальная формула.

0,098066 МПа = 1 кгс/см2.

Или (если немного округлить) 10 МПа = 100 кгс/см2.

Далее следует воспользоваться данными таблицы прочности бетона и произвести нужные расчеты.

28.11.2017Egor11

Прочность бетона на сжатие, класс, таблица в мпа

Прочность бетона на сжатие традиционно считается одним из основных показателей, характеризующих свойства бетона. Данный параметр выражается в двух понятиях – классе и марке бетона, которые учитываются при выборе смеси для реализации тех или иных работ, выступают главными из технических характеристик, чрезвычайно важны для гарантии способности застывшего монолита выдерживать определенные нагрузки, что сказывается на прочности, надежности, долговечности.

Определенный класс бетона по прочности на сжатие маркируется буквой В и определенной цифрой, демонстрирует так называемую кубиковую прочность (когда образец в форме куба сжимают под прессом и фиксируют отметку, на которой он разрушается). Считается давление в МПа, предполагает вероятность разрушения при указанном показателе максимум 5 единиц из 100 испытуемых. Регламентируется СНиП 2.03.01-84.

Прочность бетона (МПа) может быть разной – классы дифференцируются в пределах 3.5-80 (всего существует 21 вид). Самыми популярными стали около десятка смесей с классами В15 и В20, В25 и В39, В40. Любой класс приравнивается к соответствующей ему марке (аналогичным образом правило работает наоборот). Значение прочности бетона в МПа (класс) чаще всего указывается в проектной документации, а вот поставщики реализуют смеси с указанием марки.

Марка бетона обозначается буквой М и цифровым индексом в диапазоне 50-1000. Регламентируется ГОСТом 26633-91, соответствует определенным классам, допустимым считается отклонение прочности максимум на 13.5%. Для марки бетона основными требованиями являются объем/качество цемента в составе. В свою очередь, марка обозначается в кгс/см2, определение марки возможно после полного застывания и затвердевания смеси (то есть, минимум через 28 суток после заливки).

Чем выше цифра в индексах класса и марки, тем более прочным будет бетон и тем выше его стоимость (как при покупке уже готового раствора, так и при самостоятельном замесе за счет большего объема цемента и более высокой его марки).

С учетом вышеизложенных фактов основная задача мастера – определить идеальные характеристики для раствора с учетом сферы использования и предполагаемых нагрузок. Ведь приготовление слишком прочного бетона приведет к неоправданным расходам, недостаточно прочного – к разрушению конструкции. Обычно средняя прочность бетона для тех или иных работ, конструкций указывается в ГОСТах, СНиПах – эти значения и берут за ориентир.

Виды материала по прочности на сжатие:

1. Теплоизоляционные смеси – от В0.5 до В2.
2. Конструкционно-теплоизоляционный раствор – от В2.5 до В10.
3. Смеси конструкционные – от В12.5 до В40.
4. Особые бетоны для усиленных конструкций – выше В45.

Методы и испытания бетона на прочность

Для определения марки и класса бетона используют разнообразные методы – все они относятся к категориям разрушающих и неразрушающих. Первая группа предполагает проведение испытаний в условиях лаборатории посредством механического воздействия на образцы, которые были залиты из контрольной смеси и полностью выстояны в указанные сроки.

Для проведения исследований используют специальный пресс, который сжимает опытные образцы и демонстрирует предел прочности при сжатии. Разрушение – наиболее верный и точный метод исследования бетона на прочность таких видов, как сжатие, изгиб, растяжение и т.д.

Основные неразрушающие методы исследований:

• Воздействие ударом.
• Разрушение частичное.
• Исследование с использованием ультразвука.

Ударное воздействие может быть разным – самым примитивным считается ударный импульс, который фиксирует динамическое воздействие в энергетическом эквиваленте. Упругий отскок определяет параметры твердости монолита в момент отскока бойка ударной установки.

Также используется метод пластической деформации, который предполагает обработку исследуемого участка особой аппаратурой, которая оставляет на монолите отпечатки определенной глубины (по ним и определяют степень прочности).

Частичное разрушение также может быть разным – скол, отрыв и комбинация данных способов. Если для испытаний используется метод скола, то ребро изделия подвергают особому скользящему воздействию для откалывания части и определения прочности. Отрыв предполагает использование специального клеящего состава, которым на поверхности крепят металлический диск и потом отрывают. При комбинировании данных способов анкерное устройство крепят на монолит, а потом отрывают.

Когда используется ультразвуковое исследование, применяют специальный прибор, способный измерить скорость прохождения ультразвуковых волн, проникающих в монолит. Основное преимущество данной технологии – она позволяет изучать не только поверхность, но и внутреннюю структуру бетона. Правда, в процессе исследований велика вероятность погрешности.

Контроль прочности бетона

Для того, чтобы бетонный раствор точно соответствовал указанным параметрам и выдерживал нагрузки, за его качеством следят еще на этапе приготовления. Прежде, чем готовить смесь, обязательно изучают рецепт, требования к компонентам и их пропорциям.

Основные критерии для контроля и проверки бетона:

• Соответствие используемого цемента указанным в рецепте маркам – так, для приготовления бетона М300 точно не подойдет цемент М100, даже при условии его большого объема. Чем выше число рядом с буквой М в маркировке цемента, тем более прочным получится раствор.
• Объем жидкости в растворе – чем больше воды в смеси, тем активнее влага испаряется в процессе высыхания и может провоцировать появление пустот, когда идет затвердевание.
• Качество и фракция наполнителей – шероховатые частицы неправильной формы обеспечивают наиболее крепкое сцепление ингредиентов в составе бетона, что в процессе твердения дает требуемый результат в виде высокой прочности. Грязный наполнитель может понизить характеристики бетона по прочности на растяжение и сжатие.

• Тщательность смешивания компонентов на всех стадиях приготовления раствора – по технологии раствор замешивается в исправной бетономешалке или на производстве в течение длительного времени.
• Квалификация работников – также играет важную роль, так как даже при условии применения качественной смеси В20, к примеру, прочность может быть снижена из-за неправильной укладки, отсутствия уплотнения (вибрация обеспечивает повышение прочности бетона на 30%).
• Условия застывания и эксплуатации – лучше всего, когда бетон застывает и приобретает твердость при температуре воздуха +15-25 градусов и высокой влажности. В таком случае можно говорить о точном соответствии монолита его марке – если был залит бетон В15, то и демонстрировать будет его технические характеристики.

Прочность бетона: таблица

Бетон по прочности на растяжение, при изгибе, воздействии других нагрузок демонстрирует определенные значения. Далеко не всегда они соответствуют указанным в ГОСТе и проектной документации, часто есть погрешность, которая может быть губительной для монолита и всей конструкции или же не оказывать никакого воздействия.

Виды прочности бетона (на сжатие, изгиб, растяжение и т.д.):

1. Проектная

   – та, что указывается в документах и предполагает значения при полной нагрузке на бетонную конструкцию. Считается в затвердевшем монолите, по истечении 28 дней после заливки.

2. Нормированная

   – значение, которое определяется по техническим условиям или ГОСТу (идеальное).

3. Фактическая

   – это среднее значение, полученное в результате выполненных испытаний.

4. Требуемая

   – минимально подходящий показатель для эксплуатации, который устанавливается в лаборатории производств и предприятий.

5. Отпускная

   – когда изделие уже можно отгружать потребителю.

6. Распалубочная

   – наблюдается в момент, когда бетонное изделие можно доставать из форм.

Виды прочности, касающиеся марки бетона и его качества: на сжатие и изгиб, осевое растяжение, а также передаточная прочность. Бетон напоминает камень – прочность на сжатие бетона обычно намного выше, чем на растяжение. Поэтому основной критерий прочности монолита – его способность выдерживать определенную нагрузку при сжатии. Это самый значимый и важный показатель.

Так, к примеру, показатели бетона В25 (класс прочности) и марки М350: средняя стойкость к сжатию до 350 кгс/м2 или до 25 МПа. Реальные значения обычно чуть ниже, так как на прочность оказывают влияние множество факторов. У бетона В30 будут соответствующие показатели и т.д.

Чтобы определить данные показатели, создают специальные кубы-образцы, дают им застыть, а затем отправляют под лабораторный пресс специальной конструкции. Давление постепенно увеличивают и фиксируют в момент, когда образец треснул или рассыпался.

Определяющее условие для присвоения марки и класса бетону – расчетная прочность на сжатие, которая определяется после полного схватывания и застывания монолита (28 суток занимает процесс).

Именно по прошествии 28 суток бетон достигает показателя расчетной/проектной прочности по марке. Прочность на сжатие – самый точный показатель механических свойств монолита, его стойкости к нагрузкам. Это своеобразная граница уже затвердевшего бетона к воздействующему на него механическому усилию в кгс/м2. Самая большая прочность у бетона М800/М900, самая низкая – у М15.

Прочность на изгиб повышается при увеличении индекса марки. Обычно показатели изгиба/растяжения ниже, чем нагрузочная способность. Молодой бетон демонстрирует значение в районе 1/20, старый – 1/8. Данный параметр учитывается на проектном этапе строительства. Способ определения: из бетона заливают брус 120х15х15 сантиметров, дают затвердеть, потом устанавливают на подпорки (расстояние между ними 1 метр), в центре помещают нагрузку, увеличивая ее постепенно, пока образец на разрушится.

Прочность высчитывается по формуле Rизг = 0,1PL/bh3, тут:

• L – расстояние между подпорками;
• Р – маса нагрузки и образца;
• Н, b, h – ширина/высота сечения бруса.

Прочность считается в Btb и обозначается цифрой в диапазоне 0.4-8.

Осевое растяжение в процессе проектирования учитывают редко. Этот параметр важен для определения способности монолита не покрываться трещинами при ощутимых перепадах влажности воздуха, температуры. Растяжение представляет собой некоторую составляющую, взятую от прочности на изгиб. Определяется сложно, часто образцы балок растягивают на специальном оборудовании. Актуально значение для бетона, который используется в сферах, исключающих возможность появления трещин.

Передаточная прочность – это нормируемое значение прочности бетонного монолита напряженных элементов при передаче на него силы натяжения армирующих элементов. Данный показатель предусматривается нормативными документами, ТУ для разных видов изделий. Обычно назначают минимум 70% проектной марки, многое зависит от свойств арматуры.

Прочность бетона на 7 и 28 сутки: ГОСТ, таблица

Бетоны бывают разными. Как правило, все виды по маркам и классам делят на легкие, обычные и тяжелые (часто последние две группы объединяют, так как все обычные бетоны считаются тяжелыми).

Основные группы бетонов по прочности:

1. Легкие

   – марки от М5 до М35 подходят для заливки ненесущих конструкций, от М50 до М75 идут на подготовительные работы до заливки, М100 и М150 актуальны для перемычек, конструктива, малоэтажного строительства.

2. Обычные бетоны

   – самые распространенные и часто применяемые в ремонтно-строительных работах: М200/М300 используют для выполнения фундаментов, отмосток, полов, стяжек, бордюров, подпорок, лестниц и т.д. М250 В20 демонстрирует прочность 262 кгс/м2 и давление 20 МПа. М350 и М400 применяют для монолитных, несущих конструкций многоэтажных зданий, чаш бассейнов.

3. М450 и выше

   – тяжелые бетоны, обладающие высокой прочностью и плотностью, используют для особых конструкций, разного типа военных объектов.

Таблица в МПа

Прочность бетона – самый важный показатель, который напрямую влияет на все остальные технические характеристики материала, сферу применения, способность выдерживать предполагаемые нагрузки. Поэтому в процессе выбора марки и класса стоит учитывать СНиП и ГОСТы, а при проверке материала на соответствие уделять внимание результатам исследования и соответствующим документам.

маркировка, таблица на сжатие по классам в мпа, уход зимой и летом

Бетон — недорогой и универсальный материал, который подойдет для строительства загородного дома, бани или гаража. Его не нужно дополнительно обрабатывать в отличие от дерева или железа. Грунтовые воды, высокая влажность и агрессивная среда не страшны ему, если выбрать подходящую марку.

Оглавление:

1. От чего зависит прочность?
2. Классы и марки бетона
3. Уход летом и зимой
4. Исследование готовых конструкций

Важнейшая характеристика этого материала — прочность. Она определяет сферу его применения. Если выбрать низкую марку, сооружение разрушится раньше срока. При несоблюдении технологии работ даже высокий показатель не станет гарантией надежности. Прочность на сжатие — это давление, которое он способен выдержать, не разрушаясь. Его измеряют в мегапаскалях (мПа). Класс (B) — это результаты таких испытаний. Бетон отличается от марки только тем, что выражает значение гарантированной прочности на сжатие. Это значит, что в 95 % случаев он выдерживает максимальное давление.

Что влияет на показатель?

1. Соотношение воды и цемента.

Цемент способен впитывать определенное количество жидкости. Поэтому, если воды слишком много, то во время застывания она высыхает, создавая свободное пространство между наполнителями, что ухудшает прочность материала. Если жидкости добавить мало, то клеящие свойства цемента не активируются полностью.

2. Качество и марка цемента.

Этот ингредиент служит клеем для песка и щебня. Чтобы изготовить самые используемые в строительстве классы, применяют портландцемент М300-М500. Пропорции зависят от марки. Кроме того, если его хранить неправильно и долго, то качество упадет. Например, М500 за 2 месяца станет М400 даже на складе с хорошими условиями.

3. Транспортировка и бетонирование.

После приготовления смесь необходимо постоянно перемешивать, иначе она быстро потеряет свои свойства. Работать с бетоном без пластификаторов сложно уже через 2-3 часа, а добавки способны продлить этот период еще на несколько часов. Процесс твердения медленно начинается сразу после того, как раствор развели, поэтому обязательно использовать специальный транспорт и бетоносмеситель для его заливки в фундамент и другие крупные конструкции.

4. Условия набора прочности.

Необходимо создать все условия, чтобы добиться заявленной марки. Дальше в тексте будет раздел, посвященный этому вопросу.

5. Щебень.

Некоторые строители творчески подходят к выбору наполнителей для бетонной смеси, применяя все подручные материалы. Такой прием приведет к значительному снижению прочности на сжатие, а в результате ваша постройка не будет надежной. Для фундамента подойдет мелкий щебень 5-20 мм, для крыльца или других конструкций с небольшими нагрузками его размеры могут доходить до 35-40 мм. Иногда два вида щебня смешивают, чтобы они равномерно заполняли все пространство.

Щебень бывает гравийным и гранитным. Второй прочнее, поэтому его используют для изготовления высоких классов, предназначенных для больших нагрузок. Бетон на гравии применяют для строительства небольших домов.

6. Песок.

Качественный раствор делают на основе песка с фракциями 1,3-3,5 мм. В песке из карьера много глины и мелких камней, а частицы имеют неоднородный размер. Этот наполнитель должен быть вымыт и просеян. Речной песок намного лучше, так как он чистый и более однородный.

Маркировка

Эта характеристика обозначает усредненный предел прочности на сжатие бетона. Ее выражают в кгс/кв.см. Для строителя марка и класс — это одно и то же. Но в проектах домов и нормативной документации используют классы, а продают бетон по маркам.

Таблица соответствия популярных классов и марок:

Марка	Класс (число после буквы «B» — прочность в мПа)
М150	B10
М200	B15
М250	B20
М300	B22,5
М350	B25

Приступать к дальнейшим строительным работам после заливки можно только через неделю. Бетон набирает прочность на сжатие в течение всего срока службы, чем старше здание, тем оно прочнее. Он достигает марочной прочности через 28 дней. Чтобы ваш дом простоял долго, важно создать материалу наилучшие условия.

Многие думают, что бетонный раствор начинает твердеть через какое-то время после разведения. Это не так, процесс затвердевания начинается сразу же: цемент постепенно склеивает все составные элементы. Поэтому важно постоянно перемешивать смесь во время бетонирования. Работы должны быть закончены максимально быстро.

Особенности ухода в разное время года

1. Летом.

Портландцементу необходима влажная среда для качественного склеивания наполнителей, поэтому в сухую погоду поверхность нужно ежедневно поливать небольшим количеством воды. Прямое солнце вредно для только что залитой бетонной смеси, лучше создать над ним тень.

2. Зимой.

Если температура воздуха падает ниже нуля, набор прочности останавливается, так как вода замерзает, но есть методы, решающие эту проблему. Важно, чтобы бетон набрал хотя бы часть заявленного параметра. Например марки М200-М300 могут подвергаться охлаждению, когда достигнут 40 % своей прочности, то есть как минимум 10 мПа. Противоморозные добавки. Использование специальных солей популярно в частном строительстве, но их нельзя добавлять слишком много, так как прочность бетона при этом понижается.

• Электрический обогрев. Самый надежный способ, но в России даже крупные застройщики редко используют его, так как это очень дорого.
• Укрытие утеплителями и ПВХ пленкой. Бетон выделяет много тепла, когда твердеет. При нулевой температуре такой метод не даст воде замерзнуть, но от сильных морозов он не спасет.

Главный враг прочности бетона — резкие колебания температур. Если он оттаивает и замерзает несколько раз в первые дни после заливки, его прочность может снизиться в разы.

3. Бетон и дождь.

Через несколько часов после заливки дождь не причинит особого вреда. Но если перед бетонированием стоит пасмурная погода и есть вероятность осадков, рекомендуется соорудить навес или подготовить пленку. Второй вариант замедлит процесс твердения, так как цементу необходим воздух. Небольшая морось не причинит бетону сильного вреда, хотя его поверхность уже не будет гладкой. Но ливень может стать серьезной проблемой.

4. График набора прочности в зависимости от температуры.

Числа в таблице — процент от заявленной прочности на день, указанный в первом столбике. Это средние показатели для марок М300-М400, сделанных на основе портландцемента М400-М500. Наиболее подходящая температура для затвердевания варьируется от +15 до +20 градусов.

Сутки	Температура воздуха
	0	+5	+10	+20	+30
1	5	9	12	23	35
2	12	19	25	40	55
3	18	27	37	50	65
5	28	38	50	65	80
7	35	48	58	75	90
14	50	62	72	90	100
28	65	77	85	100

По правилам специалисты проводят процедуру определения прочности на нескольких образцах с каждой партии. Бетон заливают в квадратную форму с размером ребра 100-300 мм, оставляют эту конструкцию на 28 дней при температуре +20, в стопроцентной влажности. Как уже было сказано, в течение этого времени происходит набор прочности бетона. Затем инженеры ставят куб под гидравлический пресс и давят на него, пока бетон не начнет разрушаться. После они вычисляют прочность в мПа. Если вы интересуетесь подробностями процедуры, посмотрите ГОСТ 10180-2012, где перечислены все необходимые условия.

Способы определения прочности

В современных лабораториях используют и другие методы, но для точного определения прочности на сжатие их применяют в комплексе. Некоторые приборы позволяют проводить исследования уже готовых конструкций.

Наиболее популярные из них:

1. Метод скалывания ребра. Измеряется сила усилия, необходимая для его скола.

2. Ударный импульс. Регистрируется энергия удара.

3. Пластическая деформация. Замеряется отпечаток воздействия на бетон.

4. Ультразвуковой способ. Единственный, который позволяет приблизительно определить прочность, не повреждая материал. Но его применяют только для бетона не более 40 мПа. Впрочем, такие высокие марки почти не используются в строительстве домов.

Точно определить марку самостоятельно невозможно, хотя при сильном нарушении технологии производства цвет становится почти белым, а поверхность легко царапается. Чтобы узнать прочность бетона на сжатие, вы можете принести образец в независимую лабораторию. Для этого сколотите деревянную форму, тщательно утрамбуйте смесь и храните в максимально приближенных к идеальным условиях.

Прочность бетона – таблица определения класса

Дата публикации: 17.02.2021

Согласно действующему техническому регламенту — ГОСТ 26633-2015 тяжелые бетоны классифицируются по следующим показателям:

• прочности, от В7,5 до В120;
• морозостойкости, от F50 до F1000;
• водонепроницаемости от W2 до W20;
• истираемости: G1, G2, G3.

Основной характеристикой тяжелого бетона является показатель прочности бетонных кубиков в МПа, принятый с коэффициентом 0,95, учитывающим возможную неоднородность образцов одной партии — класс прочности бетона на сжатие В.

Класс прочности бетона на сжатие В — средняя величина, полученная в результате испытания партии кубических образцов из одной партии. На сжатие испытываются от 2 до 6 бетонных кубиков со стороной 10, 15 (базовый размер), 20, 25 и 30 см (ГОСТ 10180-2012). Подготовленные к испытаниям образцы должны укладываться в поверенные формы и твердеть при стандартных величинах температуры 20°С ±3°С и относительной влажности — 95% ±5% в течение 28 суток.

Прочность каждого образца при испытаниях на сжатие рассчитывается с точностью до 0,1 МПа с учетом величины разрушающей нагрузки, опорной площади образца и масштабного коэффициента, приводящего фактический размер образца к базовому. Фактическую прочность бетона всей партии определяют, как среднюю прочность серии единичных образцов одной партии с учетом коэффициента вариации показателя прочности.

Показатели наиболее употребительных классов прочности тяжелых бетонов:

Класс бетона по прочности на сжатие	Средняя прочность бетона, кг/см2 с учетом коэффициента вариации 13,5%,
В7,5	98,2
В10	131,0
В12,5	163,7
В15	196,5
В20	261,9
В22,5	294,4
В25	327,4
В30	392,9
В35	458,4
В40	523,9
В45	589,4
В50	654,8
В55	720,3
В60	785,8

На сферу использования тяжелого бетона в первую очередь влияет его прочность, например:

• B7,5 используется в качестве подготовок автомобильных дорог, для устройства фундаментов с малой нагрузкой, отмосток зданий, парковых дорожек, стяжек пола;
• B10 — B12,5 применяется для бетонирования несущих конструкций объектов малоэтажной застройки;
• B15 — B22,5 предназначены для устройства монолитных фундаментов и перекрытий, зданий нормальной этажности, бетонирования подпорных стенок;
• B25 — B30 — предназначены для устройства ответственных конструкций, в т.ч. ростверков и фундаментов, несущих конструкций монолитного каркаса, ванн бассейнов, емкостных сооружений;
• B35 — B60 — предназначены объектов транспортного и гидротехнического строительства оборонного назначения, сооружений башенного типа, атомных электростанций и др.

Прочностные показателя тяжелого бетона зависят преимущественно от соотношения в его составе ингредиентов:

• цемента;
• крупного заполнителя — известкового, гравийного или гранитного щебня;
• мелкого заполнителя — речного или карьерного песка, очищенных от ильных и глинистых примесей.

Так в бетоне класса В7,5 соотношение цемента, песка и щебня 1:4,6:7,0 трансформируется в 1:0,8:2,0 для бетона класса В60, причем если в малопрочном бетоне можно использовать известковый щебень и стандартный песок, то для изготовления бетона высокой прочности необходим только гранитный щебень и обогащенный песок.

---

Другие статьи по теме:

 

Прочность бетона на сжатие: характеристики марки и класса

Застывший бетон имеет специфический состав, разнообразные компоненты которого относят его к конгломератным материалам. Данное свойство свидетельствует об особенности раствора, а именно его качестве. Надежность бетонной конструкции определяется его совместимостью с другими материалами. В зависимости от этого, существуют различные классы и марки бетонного раствора, применение которых характерно определенному виду строительства. Предлагаем детально ознакомиться с каждым классом и маркой бетона по его прочности на осевое растяжение и сжатие.

Суть и общая характеристика класса бетона

В узком понимании в классах бетонной смеси определяется нагрузка, которую может выдержать одна единица площади поверхности при отсутствии повреждений. Единицы измерения устанавливали на протяжении многих лет. На сегодняшний момент показатели класса определяются в МПа.

Способ определения крепости раствора одинаков как для его класса, так и для марки. При испытаниях используются в специальных лабораториях, путем экспериментов с образцами материалов. С помощью специальных приспособлений производится работа по установлению максимального усилия на образец, при котором начинается его разрушение. Исходя из полученных данных, усилие приравнивается к давлению.

Для достижения правильных результатов необходимо учитывать соотношение вектора нагрузки и оси образца. С этой целью нижние стороны поверхности пресса и бетона помечаются осями, которые должны совпадать. Согласно ГОСТам, выделяют 18 видовых классов бетонного раствора, зависимо от прочности на сжатие. Например, бетон В35. Данное обозначение означает его прочность при давлении 35 МПа.

Вернуться к оглавлению

Марка бетона – суть и общая характеристика

В случае если класс изделия, как показатель прочности не учитывается, используется стандарт надежности при помощи марки раствора. Суть данного определения состоит в отображении определенного свойства материала. Как и в предыдущем случае, это свойство определяется с помощью испытаний над образцами. Различают два общих значения определения марки:

• минимальное: применяется для определения прочности, стойкости к влаге и низким температурам;
• максимальное: используется для обозначения плотности.

Однако следует запомнить, что с помощью марки невозможно определить колебания крепости на всей бетонной поверхности.

Вернуться к оглавлению

Соответствие марки бетона классу

Определенный класс бетона по прочности на сжатие имеет свою соответствующую марку. На практике была составлена таблица этого соотношения. Например, согласно таблице, марке М50 соответствует класс В3,5.

Коэффициент перевода класса бетона в соответствующую марку – 13,1.

Чаще всего при строительстве для определения прочности применяется термин «класс». В отличии от марок в этом параметре вычислена гарантированная крепость материала.

Вернуться к оглавлению

Выбор бетона

Строительство определенной бетонной конструкции требует четко установленной крепости бетонного раствора. Среди них выделяют:

• подбетонное покрытие – В7,5;
• фундамент: в помещениях с низкой влажностью – от В15; в помещениях с высокой влажностью – от В22,5;
• стены, а также другие конструкции на улице – учитывается морозостойкость: для районов со стабильно теплой температурой воздуха – F150; для районов с температурой воздуха ниже -40С — F200;
• внутренние поверхности – от В15;
• железобетонные конструкции – от В15 (предварительно напряженные) – от В20.

Все вышеперечисленные правила установлены строительными стандартами. Однако они могут отличаться в зависимости от технических расчетов. Так, одно здание может быть построено на бетоне разной прочности – материалы на нижних этажах должны быть значительно выше от материалов верхних этажей.

Одним из быстрых и удобных способов определения прочности бетона является испытание путем сжатия склерометром или молотком Шмидта. Принцип его работы заключается в ударе бойка по бетону и его отскоке. Вследствие этого специальный указатель перемещается на определенную высоту, которая соответствует установленной марке бетона.

Несмотря на простоту в использовании, данное приспособление не пользуется популярностью, поскольку не может дать точных значений. Это возникает от влияния на испытание других факторов, таких как характер поверхности образца, его толщина, структура и уплотнение.

Вернуться к оглавлению

Заключение

Показатели марки и класса бетонных материалов – это самые важные показатели их сопротивления сжатию и осевой растяжке. В отличии от качеств относительно стойкости к низким температурам, влаге, именно они учитываются в первую очередь при покупке материалов.

Следует запомнить, что прочность – это не стабильная величина. В процессе твердения бетон становится крепче. Все эти правила следует обязательно учитывать при строительстве.

Выбор бетона для строительных конструкций

Если коротко, то для следующих строительных конструкций рекомендуют следующие марки бетона:

— подбетонка или подготовка основания для монолитной конструкции — В7,5;

— фундаменты — не ниже В15, но в ряде случаев марка по водонепроницаемости должна быть не ниже W6 (бетон В22,5). Также, согласно еще не принятому приложению Д к СП 28.13330.2012, класс бетона для фундаментов должен быть не ниже В30. Я рекомендую использовать бетон с маркой по водонепроницаемости не ниже W6, что позволит обеспечить долговечность конструкции;

— стены, колонны и другие конструкции расположенные на улице — марка по морозостойкости не ниже F150, а для района с расчетной температурой наружного воздуха ниже -40С — F200.

— внутренние стены, несущие колонны — по расчету, но не ниже В15, для сильно сжатых не ниже В25.

Возможно я не охвачу все нормативы, где может быть прописаны требования к выбору марки бетона, поэтому прошу в комментариях отписаться если есть неточности.

Основными нормируемыми и контролируемыми показателями качества бетона являются:

— класс по прочности на сжатие B;

— класс по прочности на осевое растяжение B_t;

— марка по морозостойкости F;

— марка по водонепроницаемости W;

— марка по средней плотности D.

Класс бетона по прочности на сжатие B

Класс бетона по прочности на сжатие B соответствует значению кубиковой прочности бетона на сжатие в МПа с обеспеченностью 0,95 (нормативная кубиковая прочность) и принимается в пределах от B 0,5 до B 120.

Это основной параметр бетона, который определяет его прочность на сжатие. Например, класс бетона В15 означает, что после 28 дней при температуре застывания 20°С прочность бетона будет 15 МПа. Однако в расчетах используют другую цифру. Расчетное сопротивление бетона (R_b) сжатию можно найти в таблице 5.2 СП 52-101-2003

Таблица 5.2 СП 52-101-2003

Вид сопротивления	Расчетные значения сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rbи Rbt, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие
	В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60
Сжатие осевое (призменная прочность) Rb	6,0	8,5	11,5	14,5	17,0	19,5	22,0	25,0	27,5	30,0	33,0
Растяжение осевое Rbt	0,56	0,75	0,9	1,05	1,15	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8

Почему прочность замеряют именно через 28 дней? Потому, что бетон набирает прочность всю жизнь, но после 28 дней прирост прочности уже не такой большой. Через одну неделю после заливки прочность бетона может быть 65% от нормативной (зависит от температуры твердения), через 2 недели будет 80%, через 28 дней прочность достигнет 100%, через 100 суток будет 140% от нормативной. При проектировании есть понятие прочности через 28 дней, и оно принимается за 100%.

Также известна классификация по марке бетона M и цифрами от 50 до 1000. Цифра обозначает предел прочности на сжатие в кг/см². Различие в классе бетона B и марке бетона M заключается в методе определения прочности. Для марки бетона это средняя величина силы сжатия при испытаниях после 28 дней выдержки образца, выраженная в кг/см². Данная прочность обеспечивается в 50% случаях. Класс бетона B гарантирует прочность бетона в 95% случаях. Т.е. прочность бетона варьируется и зависит от многих факторов, не всегда можно добиться нужной прочности и бывают отклонения от проектной прочности. Например, марка бетона М100 обеспечивает прочность бетона после 28 дней в 100 кг/см² в 50% случаев. Но для проектирования это как-то слишком мало, поэтому ввели понятие класс бетона. Бетон B15 гарантирует прочность в 15 МПа после 28 дней в 95% случаях.

В проектной документации бетон обозначается только классом B, но в строительной практике марка бетона всё еще применяется.

Определить класс бетона по марке и наоборот можно по следующей таблице:

Класс бетона по прочности на сжатие	Средняя прочность бетона данного класса, кгс/см²	Ближайшая марка бетона по прочности на сжатие	Отклонения ближайшей марки бетона от средней прочности бетона этого класса, %
В3,5	45,84	М50	+9,1
В5	65,48	М75	+14,5
В7,5	98,23	М100	+1,8
В10	130,97	М150	+14,5
В12,5	163,71	М150	-8,4
В15	196,45	М200	+1,8
В20	261,94	М250	-4,6
В22,5	294,68	М300	+1,8
В25	327,42		+6,9
В27,5	360,16	М350	-2,8
В30	392,90	М400	+1,8
В35	458,39	М450	-1,8
В40	523,87	М500	-4,6

Класс бетона по прочности на осевое растяжение B_t соответствует значению прочности бетона на осевое растяжение в МПа с обеспеченностью 0,95 (нормативная прочность бетона) и принимается в пределах от B_t 0,4 до B_t 6.

Допускается принимать иное значение обеспеченности прочности бетона на сжатие и осевое растяжение в соответствии с требованиями нормативных документов для отдельных специальных видов сооружений (например, для массивных гидротехнических сооружений).

Марка бетона по морозостойкости F соответствует минимальному числу циклов попеременного замораживания и оттаивания, выдерживаемых образцом при стандартном испытании, и принимается в пределах от F 15 до F 1000.

Марка бетона по водонепроницаемости W соответствует максимальному значению давления воды (МПа · 10^-1), выдерживаемому бетонным образцом при испытании, и принимается в пределах от W 2 до W 20.

Марка по средней плотности D соответствует среднему значению объемной массы бетона в кг/м³ и принимается в пределах от D 200 до D 5000.

Также встречается маркировка бетона по подвижности (П) или указывается осадка конуса. Чем выше число П, тем бетон более жидкий и с ним легче работать.

Для напрягающих бетонов устанавливают марку по самонапряжению.

Подбор марки бетона по прочности

Минимальный класс бетона для конструкций назначается согласно СП 28.13330.2012 и СП 63.13330.2012.

Для любых железобетонных строительных конструкций класс бетона должен быть не ниже В15 (п.6.1.6 СП 63.12220.2012).

Для предварительно напряженных железобетонных конструкций класс бетона по прочности на сжатие следует принимать в зависимости от вида и класса напрягаемой арматуры, но не ниже В20 (п.6.1.6 СП 63.12220.2012).

Железобетонный ростверк из сборного железобетона должен быть выполнен из бетона не ниже кл. В20 (п. 6.8 СП 50-102-2003)

Класс бетона для конструкций назначают согласно прочностному расчету по технико-экономическим соображениям, например, на нижних этажах здания монолитные колонны имеют большую прочность т.к. нагрузка на них выше, на верхних этажах класс бетона уменьшается, что позволяет использовать колонны одного сечения на всех этажах.

Также есть рекомендации СП 28.13330.2012. Согласно постановлению 1521 от 26.12.2014 приложения А и Д СП 28.13330.2012 не входят в обязательный перечень, т.е. рекомендуются, но рекомендую обратить своё внимание на эти приложения  т.к., возможно, скоро они будут обязательными для применения. Прежде всего необходимо сделать классификацию конструкцию по среде эксплуатации согласно таблице А.1 СП 28.13330.2012:

Таблица А.1 — Среды эксплуатации

Индекс	Среда эксплуатации	Примеры конструкций
Среда без признаков агрессии
ХО	Для бетона без арматуры и закладных деталей: все среды, кроме воздействия замораживания — оттаивания, истирания или химической агрессии.Для железобетона: сухая	Конструкции внутри помещений с сухим режимом эксплуатации
Коррозия арматуры вследствие карбонизации
ХС1	Сухая и постоянно влажная среда	Конструкции помещений в жилых домах, за исключением кухонь, ванных, прачечных.Бетон постоянно под водой
ХС2	Влажная и кратковременно сухая среда	Поверхности бетона, длительно смачиваемые водой. Фундаменты
ХС3	Умеренно влажная среда (влажные помещения, влажный климат)	Конструкции, на которые часто или постоянно воздействует наружный воздух без увлажнения атмосферными осадками. Конструкции под навесом. Конструкции внутри помещений с высокой влажностью (общественные кухни, ванные, прачечные, крытые бассейны, помещения для скота)
ХС4	Переменное увлажнение и высушивание	Наружные конструкции, подвергающиеся действию дождя
Коррозия вследствие действия хлоридов (кроме морской воды)
В случае, когда бетон, содержащий стальную арматуру или закладные детали, подвергается действию хлоридов, включая соли, применяемые как антиобледенители, агрессивная среда классифицируется по следующим показателям:
XD1	Среда с умеренной влажностью	Конструкции, подвергающиеся воздействию аэрозоля солей хлоридов
XD2	Влажный и редко сухой режим эксплуатации	Плавательные бассейны. Конструкции, подвергающиеся воздействию промышленных сточных вод, содержащих хлориды
XD3	Переменное увлажнение и высушивание	Конструкции мостов, подвергающиеся обрызгиванию растворами противогололедных реагентов. Покрытие дорог. Перекрытия парковок
Коррозия, вызванная действием морской воды
В случае, когда бетон, содержащий стальную арматуру или закладные детали, подвергается действию хлоридов из морской воды или аэрозолей морской воды, агрессивная среда классифицируется по следующим показателям:
XS1	Воздействие аэрозолей, но без прямого контакта с морской водой	Береговые сооружения
XS2	Под водой	Подводные части морских сооружений
XS3	Зона прилива и отлива, обрызгивания	Части морских сооружений в зоне переменного уровня воды
Примечание — Для морской воды с различным содержанием хлоридов требования к бетону указаны в таблице Г.1
Коррозия бетона, вызванная попеременным замораживанием и оттаиванием, в присутствии или без солей противообледенителей
При действии на насыщенный водой бетон переменного замораживания и оттаивания агрессивная среда классифицируется по следующим признакам:
XF1	Умеренное водонасыщение без антиобледенителей	Вертикальные поверхности зданий и сооружений при действии дождя и мороза
XF2	Умеренное водонасыщение с антиобледенителями	Вертикальные поверхности зданий и сооружений, подвергающиеся обрызгиванию растворами антиобледенителей и замораживанию
XF3	Сильное водонасыщение без антиобледенителей	Сооружения при действии дождей и мороза
XF4	Сильное водонасыщение растворами солей антиобледенителей или морской водой	Дорожные покрытия, обрабатываемые противогололедными реагентами. Горизонтальные поверхности мостов, ступени наружных лестниц и др. Зона переменного уровня для морских сооружений при действии мороза
Химическая и биологическая агрессия
При действии химических агентов из почвы, подземных вод, коррозионная среда классифицируется по следующим признакам:
ХА1	Незначительное содержание агрессивных агентов — слабая степень агрессивности среды по таблицам В.1 — В.7, Г.2	Конструкции в подземных водах
ХА2	Умеренное содержание агрессивных агентов — средняя степень агрессивности среды по таблицам В.1 — В.7, Г.2	Конструкции, находящиеся в контакте с морской водой. Конструкции в агрессивных грунтах
ХА3	Высокое содержание агрессивных агентов — сильная степень агрессивности среды по таблицам В.1 — В.7, Г.2	Промышленные водоочистные сооружения с химическими агрессивными стоками. Кормушки в животноводстве. Градирни с системами газоочистки
Коррозия бетона вследствие реакции щелочей с кремнеземом заполнителей
В зависимости от влажности среда классифицируется по следующим признакам:
WO	Бетон находится в сухой среде	Конструкции внутри сухих помещений. Конструкции в наружном воздухе вне действия осадков, поверхностных вод и грунтовой влаги
WF	Бетон часто или длительно увлажняется	Наружные конструкции, не защищенные от воздействия осадков, поверхностных вод и грунтовой влаги.Конструкции во влажных помещениях, например, бассейнах, прачечных и других помещениях с относительной влажностью преимущественноболее 80 %.Конструкции, часто подвергающиеся действию конденсата, например, трубы, станции теплообменников, фильтровальные камеры,животноводческие помещения.Массивные конструкции, минимальный размер которых превосходит 0,8 м, независимо от доступа влаги
WA	Бетон, на который помимо воздействий среды WF действуют часто или длительно щелочи, поступающие извне	Конструкции, подвергающиеся воздействию морской воды.Конструкции, на которые воздействуют противогололедные соли без дополнительного динамического воздействия (например, зона обрызгивания).Конструкции промышленных и сельскохозяйственных зданий (например, шламонакопители), подвергающиеся воздействию щелочных солей
WS	Бетон с высокими динамическими нагрузками и прямым воздействием щелочей	Конструкции, подвергающиеся воздействию противогололедных солей и дополнительно высоким динамическим нагрузкам (например, бетон дорожных покрытий)
Примечание — Агрессивное воздействие должно быть дополнительно изучено в случае:действия химических агентов, не указанных в таблицах Б.2, Б.4, В.3;высокой скорости (более 1 м/с) течения воды, содержащей химические агенты по таблицам В.3, В.4, В.5.

В зависимости от выбранной среды эксплуатации назначаем класс бетона для конструкции по таблице Д.1 СП 28.13330.2012.

Таблица Д.1 — Требования к бетонам в зависимости от классов сред эксплуатации

Требования к бетонам	Классы сред эксплуатации
	Неагрессивная среда	Карбонизация				Хлоридная коррозия						Замораживание — оттаивание1)				Химическая коррозия
						Морская вода			Прочие хлоридные воздействия
	Индексы сред эксплуатации
	ХО	ХС1	ХС2	ХС3	ХС4	XS1	XS2	XS3	XD1	XD2	XD3	XF1	XF2	XF3	XF4	ХА1	ХА2	ХА3
Минимальный класс по прочности В	15	25	30	37	37	37	45	45	37	45	45	37	37	37	37	37	37	45
Минимальный расход цемента, кг/м3	—	260	280	280	300	300	320	340	300	300	320	300	300	320	340	300	320	360
Минимальное воздухо-содержание, %	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	4,0	4,0	4,0	—	—	—
Прочие требования	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	Заполнитель с необходимой морозостойкостью				Сульфатостойкий цемент2)
Приведенные в колонках требования назначаются совместно с требованиями, указанными в следующих таблицах	—	Д.2, Ж.5				Г.1, Д.2			Г.1, Д.2			Ж.1				В.1 — В.5, Д.2
1) Для эксплуатации в условиях попеременного замораживания — оттаивания бетон должен быть испытан на морозостойкость.2) Когда содержание  соответствует ХА2 и ХА3, целесообразно применение сульфатостойкого цемента.3) Значения величин в данной таблице относятся к бетону на цементе класса СЕМ 1 по ГОСТ 30515 и заполнителе с максимальной крупностью 20 — 30 мм.

Если посмотреть на эти требования, то для фундамента нужно принимать бетон минимум В30 (среда XC2). Однако пока это рекомендуемые требования, которые в перспективе станут обязательными (или не станут, кто его знает?)

Подбор марки бетона по водонепроницаемости

Марки бетона по водонепроницаемости подбирается согласно таблицам В.1-В.8 СП 28.13330.2012 в зависимости от степени агрессивности среды. Данные по агрессивности грунтов указываются в инженерно-геологических изысканиях и там же обычно пишут рекомендуемую марку по водонепроницаемости.

Для свай и необходимо применять бетон марки по водонепроницаемости не ниже W6 (п.15.3.25 СП 50-102-2003). Такую марку имеет бетон В22,5, поэтому нужно это учитывать при подборе класса бетона.

Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям при расчетной отрицательной температуре наружного воздуха выше минус 40 °С, а также для наружных стен отапливаемых зданий марку бетона по водонепроницаемости не нормируют (п.6.1.9 СП 63.13330.2012).

Подбор марки бетона по морозостойкости

Подбор марки бетона по морозостойкости производится согласно таблицам Ж.1, Ж.2 СП 28.13330.2012 в зависимости от расчётной температуры наружного воздуха.

Таблица Ж.1 — Требования к бетону конструкций, работающих в условиях знакопеременных температур

Таблица Ж.2 — Требования к морозостойкости бетона стеновых конструкций

Условия работы конструкций		Минимальная марка бетона по морозостойкости наружных стен отапливаемых зданий из бетонов
Относительная влажность внутреннего воздуха помещения jint, %	Расчетная зимняя температура наружного воздуха, °C	легкого, ячеистого, поризованного	тяжелого и мелкозернистого
jint > 75	Ниже -40	F100	F200
	Ниже -20 до -40 включ.	F75	F100
	Ниже -5 до -20 включ.	F50	F70
	— 5 и выше	F35	F50
60 < jint £ 75	Ниже -40	F75	F100
	Ниже -20 до -40 включ.	F50	F50
	Ниже -5 до -20 включ.	F35	—
	— 5 и выше	F25	—
jint £ 60	Ниже -40	F50	F75
	Ниже -20 до -40 включ.	F35	—
	Ниже -5 до -20 включ.	F25	—
	— 5 и выше	F15*	—
* Для легких бетонов марка по морозостойкости не нормируется. Примечания 1. При наличии паро- и гидроизоляции конструкций марки бетонов по морозостойкости, указанные в настоящей таблице, могут быть снижены на один уровень. 2. Расчетная зимняя температура наружного воздуха принимается согласно СП 131.13330 как температура наиболее холодной пятидневки. 3. Марка ячеистого бетона по морозостойкости устанавливается по ГОСТ 25485.

Расчетная зимняя температура наружного воздуха для расчета железобетонных конструкций принимается по средней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98 в зависимости от района строительства согласно СП 131.13330.2012.

В грунтах с положительной температурой, ниже уровня промерзания на 0,5 м, морозостойкость не нормируется (СП 8.16 СП 24.13330.2011)

Например, для Москвы температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,98 равна минус 29 °С. Тогда марка бетона по морозостойкости равна F150 (Характеристика режима — Возможное эпизодическое воздействие температуры ниже 0 °C а) в водонасыщенном состоянии, например, конструкции, находящиеся в грунте или под водой).

Защитный слой бетона

Чтобы арматура не оголилась со временем существуют требования по минимальной толщине слоя бетона для защиты арматуры. Согласно пособию по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры СП 52-101-2003 минимальная толщина защитного слоя определяется по таблице 5.1 Пособия к СП 52-101-2003:

Таблица 5.1 Пособия к СП 52-101-2003

№ п/п	Условия эксплуатации конструкций здания	Толщина защитного слоя бетона, мм, не менее
1.	В закрытых помещениях при нормальной и пониженной влажности	20
2.	В закрытых помещениях при повышенной влажности (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	25
3.	На открытом воздухе (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий)	30
4.	В грунте (при отсутствии дополнительных защитных мероприятий), в фундаментах при наличии бетонной подготовки	40
5.	В монолитных фундаментах при отсутствии бетонной подготовки	70

Для сборных железобетонных элементов толщину защитного слоя можно уменьшить на 5 мм от данных таблицы 8.1 СП 52-101-2003 (п.8.3.2).

Для буронабивных свай защитный слой бетона составляет не менее 50 мм (п. 8.16 СП 24.13330.2011), для буронабивных свай фундаментов мостов 100 мм.

Для буронабивных свай, используемых как защитные ограждения, защитный слой бетона принимается 80-100 мм (п. 5.2.12 Методического пособия по устройству ограждений из буронабивных свай).

Также во всех случаях толщина защитного слоя не может быть меньше толщины арматуры.

Защитный слой бетона считается от наружной поверхности до поверхности арматуры (не до оси арматуры).

Защитный слой бетона обычно обеспечивается использованием фиксаторов:

Расчетные значения сопротивления бетона

СП 63.13330.2012 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения

Расчетные значения сопротивления бетона осевому сжатию R_b определяют по формуле 6.1 СП 63.13330.2012:

Расчетные значения сопротивления бетона осевому растяжению R_btопределяют по формуле 6.2 СП 63.13330.2012:

Значения коэффициента надежности по бетону при сжатии γ_bпринимают равными:

для расчета по предельным состояниям первой группы:

1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

1,5 — для ячеистого бетона;

для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.

Значения коэффициента надежности по бетону при растяжении γ_btпринимают равными:

для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на сжатие:

1,5 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

2,3 — для ячеистого бетона;

для расчета по предельным состояниям первой группы при назначении класса бетона по прочности на растяжение:

1,3 — для тяжелого, мелкозернистого, напрягающего и легкого бетонов;

для расчета по предельным состояниям второй группы: 1,0.

(п. 6.1.11 СП 63.13330.2012)

В необходимых случаях расчетные значения прочностных характеристик бетона умножают на следующие коэффициенты условий работы γ_bt, учитывающие особенности работы бетона в конструкции (характер нагрузки, условия окружающей среды и т.д.):

а) γ_b1 — для бетонных и железобетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивлений R_bи R_btи учитывающий влияние длительности действия статической нагрузки:

γ_b1 = 1,0 при непродолжительном (кратковременном) действии нагрузки;

γ_b1 = 0,9 при продолжительном (длительном) действии нагрузки. Для ячеистых и поризованных бетонов γ_b1 = 0,85;

б) γ_b2 — для бетонных конструкций, вводимый к расчетным значениям сопротивления R_bи учитывающий характер разрушения таких конструкций, γ_b2 = 0,9;

в) γ_b3 — для бетонных и железобетонных конструкций, бетонируемых в вертикальном положении при высоте слоя бетонирования свыше 1,5 м, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона R_b, γ_b3 = 0,85;

г) γ_b4 — для ячеистых бетонов, вводимый к расчетному значению сопротивления бетона R_b:

γ_b4 = 1,00 — при влажности ячеистого бетона 10 % и менее;

γ_b4 = 0,85 — при влажности ячеистого бетона более 25 %;

по интерполяции — при влажности ячеистого бетона свыше 10 % и менее 25 %.

Влияние попеременного замораживания и оттаивания, а также отрицательных температур, учитывают коэффициентом условий работы бетона γ_b5 £ 1,0. Для надземных конструкций, подвергаемых атмосферным воздействиям окружающей среды при расчетной температуре наружного воздуха в холодный период минус 40 °С и выше, принимают коэффициент γ_b5 = 1,0. В остальных случаях значения коэффициента принимают в зависимости от назначения конструкции и условий окружающей среды согласно специальным указаниям.

(п. 6.1.12 СП 63.13330.2012)

Для свайных фундаментов согласно СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты, п. 7.1.9

7.1.9 При расчете набивных, буровых свай и баретт (кроме свай-столбов и буроопускных свай) по прочности материала расчетное сопротивление бетона следует принимать с понижающим коэффициентом условий работы γ_cb = 0,85, учитывающим бетонирование в узком пространстве скважин и обсадных труб, и дополнительного понижающего коэффициента γ’_cb, учитывающего влияние способа производства свайных работ:

а) в глинистых грунтах, если возможны бурение скважин и бетонирование их насухо без крепления стенок при положении уровня подземных вод в период строительства ниже пяты свай, γ’_cb = 1,0;

б) в грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых производят насухо с применением извлекаемых обсадных труб или полых шнеков, γ’_cb = 0,9;

в) в грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых осуществляют при наличии в них воды с применением извлекаемых обсадных труб или полых шнеков, γ’_cb = 0,8;

г) в грунтах, бурение скважин и бетонирование в которых выполняют под глинистым раствором или под избыточным давлением воды (без обсадных труб), γ’_cb = 0,7.

Параметры для расчета железобетонных конструкций:

Параметры для расчета железобетонных конструкций приведены в СП 63.13330.2012:

Таблица 6.7

Вид	Бетон	Нормативные сопротивления бетона Rb,n, Rbt,n, МПа, и расчетные сопротивления бетона для предельных состояний второй группы Rb,serи Rbt,ser, МПа, при классе бетона по прочности на сжатие
		В1,5	В2	В2,5	В3,5	В5	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45	В50	В55	В60	В70	В80	В90	В100
Сжатие осевое (призменная прочность) Rb,n, Rb,ser	Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий	—	—	—	2,7	3,5	5,5	7,5	9,5	11	15	18,5	22	25,5	29	32	36	39,5	43	50	57	64	71
	Легкий	—	—	1,9	2,7	3,5	5,5	7,5	9,5	11	15	18,5	22	25,5	29	—	—	—	—	—	—	—	—
	Ячеистый	1,4	1,9	2,4	3,3	4,6	6,9	9,0	10,5	11,5	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Растяжение осевое Rbt,n и Rbt,ser	Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий	—	—	—	0,39	0,55	0,70	0,85	1,00	1,10	1,35	1,55	1,75	1,95	2,10	2,25	2,45	2,60	2,75	3,00	3,30	3,60	3,80
	Легкий	—	—	0,29	0,39	0,55	0,70	0,85	1,00	1,10	1,35	1,55	1,75	1,95	2,10	—	—	—	—	—	—	—	—
	Ячеистый	0,22	0,26	0,31	0,41	0,55	0,63	0,89	1,00	1,05	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Примечания 1 Значения сопротивлений приведены для ячеистого бетона средней влажностью 10 %. 2 Для мелкозернистого бетона на песке с модулем крупности 2,0 и менее, а также для легкого бетона на мелком пористом заполнителе значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 0,8. 3 Для поризованного бетона, а также для керамзитоперлитобетона на вспученном перлитовом песке значения расчетных сопротивлений Rbt,n, Rbt,serследует принимать как для легкого бетона с умножением на коэффициент 0,7. 4 Для напрягающего бетона значения Rbt,n, Rbt,serследует принимать с умножением на коэффициент 1,2.

Таблица 6.8

Вид	Бетон	Расчетные сопротивления бетона Rb, Rbt, МПа, для предельных состояний первой группы при классе бетона по прочности на сжатие
		В1,5	В2	В2,5	В3,5	В5	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25	в30	B35	В40	В45	В50	В55	В60	В70	В80	В90	В100
Сжатие осевое (призменная прочность)	Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий	—	—	—	2,1	2,8	4,5	6,0	7,5	8,5	11,5	14,5	17,0	19,5	22,0	25,0	27,5	30,0	33,0	37,0	41,0	44,0	47,5
	Легкий	—	—	1,5	2,1	2,8	4,5	6,0	7,5	8,5	11,5	14,5	17,0	19,5	22,0	—	—	—	—	—	—	—	—
	Ячеистый	0,95	1,3	1,6	2,2	3,1	4,6	6,0	7,0	7,7	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Растяжение осевое	Тяжелый, мелкозернистый и напрягающий	—	—	—	0,26	0,37	0,48	0,56	0,66	0,75	0,90	1,05	1,15	1,30	1,40	1,50	1,60	1,70	1,80	1,90	2,10	2,15	2,20
	Легкий	—	—	0,20	0,26	0,37	0,48	0,56	0,66	0,75	0,90	1,05	1,15	1,30	1,40	—	—	—	—	—	—	—	—
	Ячеистый	0,09	0,12	0,14	0,18	0,24	0,28	0,39	0,44	0,46	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—

 

Таблица 6.11

Бетон	Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Eb, МПа × 10-3, при классе бетона по прочности на сжатие
	В1,5	В2	В2,5	В3,5	В5	В7,5	в10	В12,5	B15	B20	B25	в30	В35	В40	В45	В50	В55	В60	В70	В80	В90	В100
Тяжелый	—	—	—	9,5	13,0	16,0	19,0	21,5	24,0	27,5	30,0	32,5	34,5	36,0	37,0	38,0	39,0	39,5	41,0	42,0	42,5	43
Мелкозернистый групп:
А — естественного твердения	—	—	—	7,0	10	13,5	15,5	17,5	19,5	22,0	24,0	26,0	27,5	28,5	—	—	—	—	—	—	—	—
Б — автоклавного твердения	—	—	—	—	—	—	—	—	16,5	18,0	19,5	21,0	22,0	23,0	23,5	24,0	24,5	25,0	—	—	—	—
Легкий и порисованный марки по средней плотности:
D800	—	—	4,0	4,5	5,0	5,5	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1000	—	—	5,0	5,5	6,3	7,2	8,0	8,4	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1200	—	—	6,0	6,7	7,6	8,7	9,5	10,0	10,5	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1400	—	—	7,0	7,8	8,8	10,0	11,0	11,7	12,5	13,5	14,5	15,5	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1600	—	—	—	9,0	10,0	11,5	12,5	13,2	14,0	15,5	16,5	17,5	18,0	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1800	—	—	—	—	11,2	13,0	14,0	14,7	15,5	17,0	18,5	19,5	20,5	21,0	—	—	—	—	—	—	—	—
D2000	—	—	—	—	—	14,5	16,0	17,0	18,0	19,5	21,0	22,0	23,0	23,5	—	—	—	—	—	—	—	—
Ячеистый автоклавного твердения марки по средней плотности:
D500	1,4	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D600	1,7	1,8	2,1	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D700	1,9	2,2	2,5	2,9	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D800	—	—	2,9	3,4	4,0	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D900	—	—	—	3,8	4,5	5,5	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1000	—	—	—	—	5,0	6,0	7,0	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1100	—	—	—	—	—	6,8	7,9	8,3	8,6	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
D1200	—	—	—	—	—	—	8,4	8,8	9,3	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
Примечания 1 Для мелкозернистого бетона группы А, подвергнутого тепловой обработке или при атмосферном давлении, значения начальных модулей упругости бетона следует принимать с коэффициентом 0,89. 2 Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции. 3 Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Еbпринимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8. 4 Для напрягающего бетона значения Еb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент α = 0,56 + 0,006 В.

С этой таблицей нужно быть внимательнее – данные даны не в 10^-3 МПа, а в МПа х 10^-3, т.е. в ГПа или 1000 МПа. Например, модуль упругости для бетона В25 равен 30 ГПа = 30*1000 МПа. Не знаю зачем составители данной таблицы так намудрили, но новички ловятся на этом.

Обозначение бетона на чертежах

В спецификации бетон маркируется согласно ГОСТ 26633-2012. Например: Бетон В25 F200 W8 означает, что бетон принят по прочности класса B25, по морозостойкости марки 200, по водонепроницаемости W8.

На разрезах и сечениях бетон обозначается штриховкой согласно ГОСТ 2.306-68, но там нет штриховки железобетона. Тем не менее в строительных чертежах применяют штриховку согласно ГОСТ Р 21.1207-97 (стандарт отменен, но тем не менее штриховки используют эти).

Литература:

1. СП 52-101-2003 Бетонные и железобетонные конструкции без предварительного напряжения арматуры (pdf);
2. Пособие к СП 52-101-2003 Пособие по проектированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона без предварительного напряжения арматуры (pdf)
3. СП 63.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 52-01-2003) Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения (pdf);
4. СП 24.13330.2011 (Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85) Свайные фундаменты (pdf);
5. СП 28.13330.2012 (Актуализированная редакция СНиП 2.03.11-85) Защита строительных конструкций от коррозии (pdf);
6. СП 52-105-2009 Железобетонные конструкции в холодном климате и на вечномерзлых грунтах (pdf).

Прочность бетона – главный качественный показатель.

Важнейший показатель для бетона — прочность бетона при сжатии. В сравнении с природными материалами(например, щебень) бетон лучше сопротивляется именно сжатию, чем растяжению, поэтому мерой прочности служит предел прочности при сжатии.

Именно из-за этих свойств бетона здания и другие сооружения проектируют учитывая, что бетон принимает нагрузки на сжатие. Но в некоторых случаях берут во внимание  прочность на растяжение либо на растяжение при изгибе.

Как определить прочность бетона?

Чтобы определить прочность бетона и соответственно марку/класс проводят испытания – бетонный куб (размеры 15x15x15 см), проба берется из бетонной смеси на объекте/заводе, переносится в специальную металлическую форму. Испытания проводятся на 28е сутки ОБЯЗАТЕЛЬНО после твердения в так называемых нормальных условиях (t- 15-20°С и влажность воздуха 90-100%)

Прочность бетона также определяют и в другом возрасте от трех до ста восьмидесяти суток.

К примеру, бетон в25 м350 — прочность на сжатие 32,7 МПА

Контроль прочности бетона в конструкциях

Этот стандарт применяется для бетонов, на которые действуют нормы прочности и определяет правила контроля и оценки прочности готовой к применению бетонной смеси. Выполняя требования ГОСТа вы гарантируете качественные показатели бетона на вашем объекте. Продажа бетона от производителя также добавит вам уверенности в заказываемых материалах.

Оценка прочности бетона

Не всегда есть возможность воспользоваться услугами лаборатории. В настоящее время для оценки прочности бетона есть возможность использовать спецприборы, действие которых относят к неразрушающим методам контроля прочности. Самый доступный из них – молоток Кашкарова или Физделя.

Многие из приборов достаточно мобильны и имеют цифровое табло. Сейчас разделяют приборы на разные способы работы:

— ультразвук

— ударный отскок( определяется величина отскока инструмента)

— отрыв со скалыванием(определяем величину усилия, которое нужно приложить для того, чтобы сколоть какой-либо участок, который находится  на ребре бетонного изделия)

— ударный импульс(фиксируется энергия удара в момент удара бойка прибора о поверхность бетонной конструкции)

Чтобы определить результат с максимальной точностью необходимо учесть следующие параметры – время изготовления, наполнитель бетона, условия хранения. Для минимизации погрешностей все приборы подлежат обязательной проверке в метрологической организации.

Таблица проектных свойств бетона (fcd, fctm, Ecm, fctd)

Расчетные значения свойств бетонного материала согласно EN 1992-1-1

Масса устройства

γ

Удельный вес бетона γ указан в EN1991-1-1, приложение A. Для простого неармированного бетона γ = 24 кН / м ³ . Для бетона с нормальным процентным содержанием арматуры или предварительно напряженной стали γ = 25 кН / м ³ .

Нормативная прочность на сжатие

f _ck

Характеристическая прочность на сжатие f _ck является первым значением в обозначении класса бетона, например 30 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности цилиндра (5% разрывной прочности) согласно EN 206-1. Классы прочности согласно EN 1992-1-1 основаны на характеристических классах прочности, определенных для 28 дней. Изменение характеристической прочности на сжатие f _ck ( t ) со временем t указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (5).

Характеристическая прочность куба на сжатие

f _{ck, куб}

Характеристическая кубическая прочность на сжатие f _{ck, cube} является вторым значением в обозначении класса бетона, например 37 МПа для бетона C30 / 37. Значение соответствует характеристической прочности куба (5% хрупкости) согласно EN 206-1.

Средняя прочность на сжатие

f _см

Средняя прочность на сжатие f _см связана с характеристической прочностью на сжатие f _ck следующим образом:

f _см = f _ck + 8 МПа

Изменение средней прочности на сжатие f _см ( т ) во времени т указано в EN1992-1-1 §3.1.2 (6).

Расчетная прочность на сжатие

f _cd

Расчетная прочность на сжатие f _cd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P:

f _cd = α _cc ⋅ f _ck / γ _C

где γ _C – частичный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальное приложение.

Коэффициент α _cc учитывает долгосрочное влияние на прочность на сжатие и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Это указано в EN1992-1-1 §3.1.6 (1) P и в национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (101) P и национальное приложение).

Нормативная прочность на разрыв

Прочность на растяжение при концентрической осевой нагрузке указана в таблице 3 стандарта EN 1992-1-1.1. Вариабельность прочности бетона на растяжение определяется следующими формулами:

Формула для средней прочности на разрыв

f _ctm

f _ctm [МПа] = 0,30⋅ f _ck ^2/3 для бетона класса ≤ C50 / 60

f _ctm [МПа] = 2,12⋅ln [1+ ( f _см /10 МПа)] для бетона класса> C50 / 60

Формула для 5% прочности на разрыв

f _{ctk, 0.05}

f _{ctk, 0,05} = 0,7 f _ctm

Формула для 95% прочности на разрыв

f _{ctk, 0,95}

f _{ctk, 0,95} = 1,3 f _ctm

Расчетная прочность на разрыв

f _ctd

Расчетная прочность на разрыв f _ctd определяется в соответствии с EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P:

f _ctd = α _ct ⋅ f _{ctk, 0.05} / γ _С

где γ _C – частичный коэффициент безопасности для бетона для исследуемого расчетного состояния, как указано в EN1992-1-1 §2.4.2.4 и Национальном приложении.

Коэффициент α _ct учитывает долгосрочное влияние на предел прочности при растяжении и неблагоприятные эффекты, возникающие в результате приложения нагрузки. Это указано в EN1992-1-1 §3.1.6 (2) P и в Национальном приложении (для мостов см. Также EN1992-2 §3.1.6 (102) P и Национальное приложение).

Модуль упругости

E _см

Упруго-деформационные свойства железобетона зависят от его состава и особенно от заполнителей. Приблизительные значения модуля упругости E _см (значение секущей между σ _c = 0 и 0,4 f _см ) для бетонов с кварцитовыми заполнителями приведены в EN1992-1-1, таблица 3 .1 по следующей формуле:

E _см [МПа] = 22000 ⋅ ( f _см /10 МПа) ^0,3

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (2) для известняка и песчаника значение E _см должно быть уменьшено на 10% и 30% соответственно. Для базальтовых заполнителей значение E _см следует увеличить на 20%. Значения E _см , приведенные в EN1992-1-1, следует рассматривать как ориентировочные для общих применений, и их следует специально оценивать, если конструкция может быть чувствительна к отклонениям от этих общих значений.

Изменение модуля упругости E _см ( т ) со временем т указано в EN1992-1-1 §3.1.3 (3).

Коэффициент Пуассона

ν

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (4) значение коэффициента Пуассона ν можно принять равным ν = 0,2 для бетона без трещин и ν = 0 для бетона с трещинами.

Коэффициент теплового расширения

α

Согласно EN1992-1-1 §3.1.3 (5) значение линейного коэффициента теплового расширения α можно принять равным α = 10⋅10 ^-6 ° K ^-1 , если нет более точной информации.

Минимальная продольная арматура

ρ _мин. для балок и плит

Минимальное продольное растяжение арматуры для балок и основное направление плит указано в EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1).

A _{с, мин} = 0.26 ⋅ ( f _ctm / f _yk ) ⋅ b _t ⋅ d

где b _t – средняя ширина зоны растяжения, а d – эффективная глубина поперечного сечения, f _ctm – средняя прочность бетона на растяжение, а f _yk – характерный предел текучести стали.

Минимальное усиление требуется, чтобы избежать хрупкого разрушения.Обычно требуется большее количество минимальной продольной арматуры для контроля трещин в соответствии с EN1992-1-1 §7.3.2. Секции с меньшим армированием следует рассматривать как неармированные.

В соответствии с EN1992-1-1 §9.2.1.1 (1) Примечание 2 для балок, для которых возможен риск хрупкого разрушения, A _{с, мин.} можно принять как 1,2-кратную площадь, требуемую в ULS. проверка.

Арматура минимального сдвига

ρ _{w, мин.} для балок и плит

Минимальная поперечная арматура для балок и плит указана в EN1992-1-1 §9.2.2 (5).

ρ _{w, min} = 0,08 ⋅ ( f _ck ^0,5 ) / f _yk

где f _ck – характеристическая прочность бетона на сжатие, а f _yk – характеристический предел текучести стали.

Коэффициент усиления сдвига определен в EN1992-1-1 §3.1.3 (5) как:

ρ _w = A _sw / [ s ⋅ b _w sin ( α )]

где b _w – ширина стенки, а s – расстояние между поперечной арматурой по длине элемента.Угол α соответствует углу между поперечной арматурой и продольной осью. Для типичной поперечной арматуры с перпендикулярными ветвями α = 90 ° и sin ( α ) = 1.

Средняя прочность на сжатие – обзор

Прочность на сжатие

Прочность на сжатие для всех смесей, показанных в таблице 6.2, были оценены с использованием стандартного метода испытаний ASTM D 695M-91 (1998). Значения прочности на сжатие в этом случае могут использоваться только как показатель устойчивости исследуемого материала.

ТАБЛИЦА 6.2. Механические свойства приготовленных смесей (Abou Khatwa et al., 2005)

15,504 11469 904 904 904 9048 904 904

Номер смеси.	Прочность на сжатие (МПа)	Прочность на изгиб (МПа)	Твердость по Шору D No.
Mix 1	10,154	12,241	58,28
Mix 2	11,897	11,184	63.37
Смесь 3	15,622	10,447	66.20
Смесь 4	12,821	15.191	59,43
			Смесь 6	16,478	10,725	68,53
Смесь 7	10,992	16,463	60,40
Смесь 8	13.125	21,239	67,73
Микс 9	20,250	11,260	68,80
Микс 10	13,122	13,550	13,122	13,550	69,12
Mix 12	22,247	13,936	69,87

Средние значения прочности на сжатие находились в диапазоне 10.2 и 22,2 МПа при деформации 0,1. Смесь 3 (60% песок, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 6 (60% песок, сито 2 и температура 185 ° C), смесь 9 (60% песок, сито 1 и температура 240 ° C) , и смесь 12 (60% песка, сито 2 и температура 240 ° C) показала самые высокие значения прочности на сжатие в диапазоне от 15,6 до 22,2 МПа, в то время как смесь 1 (20% песок, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 4 (20% песок, сито 2 и температура 185 ° C), смесь 7 (20% песок, сито 1 и температура 240 ° C) и смесь 10 (20% песок, сито 2 и температура 240 ° C) выявили самые низкие значения прочности на сжатие в пределах от 10.От 2 до 13,1 МПа. С другой стороны, смесь 2 (40% песка, сито 1 и температура 185 ° C), смесь 5 (40% песка, сито 2 и температура 185 ° C), смесь 8 (40% песок, сито 1 и температура 240 ° C), и смесь 11 (40% песок, сито 2 и температура 240 ° C) имела значения прочности на сжатие в диапазоне от 11,9 до 18 МПа.

Можно заметить, что существует прямая пропорциональность между значением прочности на сжатие и содержанием песка, как показано на рисунке 6.6. Это согласуется с поведением, наблюдаемым с наполненными эластомерными системами, где частицы наполнителя укрепляют матрицу, отклоняя путь разрыва и, следовательно, увеличивая энергию, необходимую для распространения трещины (Holliday, 1966).

РИСУНОК 6.6. Изменение прочности на сжатие в зависимости от содержания песка, размера сита и температуры перемешивания (Abou Khatwa et al., 2005)

Другим наблюдением является увеличение значений прочности на сжатие, связанное с увеличением размера частиц песка, как показано на рисунке 6.6. Это говорит о лучших характеристиках диспергирования и смачивания, связанных с большими частицами наполнителя, что приводит к более прочным межфазным связям. Кроме того, известно, что для композитов с наполнителем из частиц по мере уменьшения размера наполнителя их площадь поверхности увеличивается, вызывая усиление взаимодействия между частицами, что приводит к образованию кластеров наполнителя (Nielson and Landel, 1994).Кластеры представляют собой слабые места в материале, поскольку они легко отделяются при приложении нагрузки, создавая пустоты и полости. Более того, кластеры частиц обычно содержат захваченный воздух, и установлено, что прочность и модуль упругости уменьшаются с увеличением количества захваченного воздуха (Nielson and Landel, 1994).

Рисунок 6.6 также показывает увеличение значений прочности на сжатие с увеличением температуры смешивания. Это стало результатом лучшей однородности смеси, связанной с высокой температурой перемешивания.Меньше сегрегатов полимера наблюдали для смесей, приготовленных при 240 ° C, по сравнению с температурой смешивания 185 ° C, как показывают оптические микрофотографии. Полимерные сегрегации будут отделяться от матрицы при приложении нагрузки, образуя микротрещины на границе раздела, следовательно, вызывая преждевременный выход из строя.

В соответствии со спецификацией ASTM C 936-96 (1998k), средняя прочность на сжатие для монолитных бетонных блоков дорожного покрытия не должна быть менее 55 МПа для всех испытуемых образцов, ни один из которых не может быть меньше 50 МПа.Однако во время испытаний по транспортировке грузов в Южной Африке было показано, что на поведение блочных покрытий не повлияли изменения прочности на сжатие в диапазоне от 25 до 55 МПа (Shackel, 1990). Следовательно, смесь 12, приготовленная при температуре 240 ° C с крупными частицами песка (сито 2) при 60% -ном содержании песка, потенциально может использоваться в качестве блоков для перекрытия мощения. Более того, эта же смесь также удовлетворяет требованиям стандарта ASTM C 902-95 (1998j) для тротуарной плитки для пешеходов и пешеходов, что дает минимальное значение прочности на сжатие 20.7 МПа.

Результат прочности на сжатие – обзор

6.17.10.3 Конструкция и эксплуатационные характеристики смеси RCC

В проекте предусматривалось включение четырех зон RCC в плотину. Объемным размещением был немодифицированный ПКК, поставленный с завода. RCC был модифицирован путем введения на месте цементно-водного раствора (RCC, обогащенного цементным раствором или GE-RCC) для улучшения прочности на сдвиг, долговечности, адгезии и гидроизоляции в выбранных областях плотины, таких как зоны контакта устоев и вокруг водных остановок, а между подъемниками в стратегических районах использовался цементный раствор для перекрытия возможных путей утечки.Дополнительная модификация RCC на месте установки , которая потенциально могла бы подвергнуться воздействию мороза и сброса водосброса, была предусмотрена в проекте вместо конструкционного бетона с обычными дозировками. Окончательное решение об использовании этой смеси с воздухововлекающими добавками зависело от результатов полевых испытаний. ПКК производился преимущественно из дробленого сланцевого заполнителя, добытого на месте. Сланцевая порода, полученная из карьера, имела предел прочности при неограниченном сжатии по слоистости в диапазоне 20–40 МПа и предел прочности при растяжении по слою, равный 0.7–1,0 МПа. Суммарное поглощение (предел <1%) было удобной мерой степени выветривания в карьере. Сланцевый продукт имеет тенденцию к образованию чрезмерного количества илистой мелочи по сравнению с полученной фракцией песка, поэтому импортный песок Roxburgh был добавлен в смесь для достижения требуемого гранулометрического состава. Не было источника летучей золы или другого заменителя цемента, поэтому использовался только низкотемпературный цемент с водовосстанавливающим агентом. Изначально для смеси RCC была установлена ​​долговременная прочность на сжатие 15 МПа (средняя) на основе предполагаемого содержания цемента, но эта цифра была выше, чем необходимо для структурных требований во внутренних зонах плотины.Обычный бетон и / или воздухововлекающий раствор GE-RCC для использования в открытых зонах имел заданную 28-дневную прочность на сжатие 25 МПа.

Лабораторные испытания. Первоначальные лабораторные испытания сланцевых агрегатов, полученных из отвальных выработок, были использованы для установления определенных критериев приемлемости агрегатов, которые будут извлечены из производственного карьера на месте. Степень выветривания образцов породы была оценена для установления критериев выветривания, дробления и поглощения для производственного карьера.Лабораторные пробные смеси [7] начинались с кривой градации смеси заполнителя и песка при 30–38%, превышающей 4,75 мм, затем постепенно увеличивающейся до 52%, превышающей 4,75 мм. Наиболее подходящая пробная смесь была создана с 50% проходом 4,75 мм и 18% просеянным Roxburgh East Sand. Было исследовано содержание цемента 135, 143 и 150 кг м ^-3 , при этом смесь 150 кг м ^-3 была принята для полевых испытаний. Были исследованы соотношения вода / цемент от 0,8: 1 до 1,0: 1 (мас. / Мас.), И было принято 0,9: 1 мас. / Ц. С высокопроизводительным восстановителем воды для получения консистенции Vebe около 25 с.Аппарат Vebe был основан на методе испытаний USAC CRD C53-96a, модифицированном для работы с вибростолом с частотой 50 Гц. Прочность на сжатие в течение 91 дня этой принятой смеси была испытана при 15,5 МПа. Обогащение цементного раствора принятой лабораторной смеси было исследовано при общем содержании цемента в диапазоне 215–285 кг м ^–3 , при общем водном соотношении от 0,70: 1 до 0,80: 1 (осадка 40–180 мм).

Воздухововлечение было достигнуто путем перемешивания раствора для обогащения, но окончательное содержание воздуха в смеси оказалось нестабильным.Было обнаружено, что перемешивание раствора требует значительных затрат энергии, и наиболее эффективное распределение раствора было достигнуто за счет помещения раствора в нижнюю часть подъемника и позволяя тяжелому заполнителю вытеснять аэрированный раствор под действием вибрации. Очень высокое содержание воздуха, необходимое в растворе, снизило его плотность до такой степени, что он не сразу перешел бы в нижележащую смесь RCC. Переход от свойств нулевой осадки к свойствам низкой осадки показан на рис. 5 .

Рисунок 5.Обогащение раствора.

Было обнаружено, что 91-дневная прочность на сжатие лабораторных образцов GE-RCC находится в диапазоне от 17,0 до 21,5 МПа, что значительно ниже целевого значения 25 МПа. Решение об использовании GE-RCC с воздухововлекающими добавками на нижнем забое было зарезервировано в ожидании результатов полевых испытаний.

Полевые испытания. После производства заполнителей из местного карьера и ввода в эксплуатацию завода по производству мопсов 7 января 1999 года была построена пробная площадка, которая включала в себя формованный ступенчатый забой.Уплотнение с помощью самоходного однобарабанного вибрационного катка Dynapac CA151 шириной 7,5 т и шириной 1,67 м было проверено, чтобы подтвердить, что этот агрегат, который был уже и легче, чем указанная установка, подходит для данной области применения. Целевое уплотнение составляло 98% от теоретической плотности без воздуха (TAF), то есть максимум 2% воздушных пустот. Как низкочастотный, так и высокочастотный режимы оказались подходящими для 8–10 проходов на подъемниках 300 мм. Смесь RCC в это время все еще была несколько песчаной (50% проходила 4,75 мм) и сухой (Vebe 25 с).Двухзондовый измеритель ядерной плотности (NDM), как указано, не был доступен в Новой Зеландии, поэтому однозондовое устройство Troxler 3440, обычно используемое для испытания грунта, использовалось при глубинах прямой передачи 100 мм и 250 мм. Было обнаружено, что совокупная градация RCC испытательной прокладки находится на тонкой стороне указанной оболочки: 8–10% проходят через 75 мкм и 52% проходят через 4,75 мм. Было обнаружено, что для достижения удовлетворительной обрабатываемости смеси необходимо дополнительное количество воды. Соотношение в / ц необходимо поднять примерно до 1.15: 1, и были опасения, как это повлияет на силу. Результаты 7-дневной прочности на сжатие подушки составили 7,5–8,0 МПа, хотя некоторые результаты испытаний были всего лишь 5 МПа. Производство началось с увеличения содержания цемента до 162 кг · м ^-3 , а прочность была установлена ​​путем дальнейших испытаний.

Обогащение смеси, помещенной в пробную подушку, оказалось нецелесообразным в других количествах, кроме очень малых, из-за степени вибрации, необходимой для достижения эффективного перемешивания.Погружные вибраторы (электрические 50 мм) оказались недостаточно мощными, что противоречило лабораторному опыту, который показал, что риск избыточной вибрации был реальной возможностью. Было принято решение не переходить к производству полностью воздухововлекающего пластика GE-RCC, и для нижней забойной зоны был принят обычный бетон.

ПКР производство. Меры контроля качества включали мониторинг устойчивости заполнителя к раздавливанию и атмосферным воздействиям, а также абсорбции и прочности заполнителя; промывка влажной смеси; и ускоренное отверждение испытательных цилиндров, чтобы ежедневно получать информацию о производительности.Технологичность измеряли на приборе Vebe. Эффективность уплотнения контролировали с помощью NDM, чтобы подтвердить, что пустоты были ниже 2% предела. Для поддержания температуры смешения ниже 20 ° C требовалось водяное охлаждение агрегатов. Поскольку смеситель для мельницы работает в режиме непрерывной подачи, а не в периодическом режиме, возникла необходимость в постоянном получении обратной связи по выходным данным. Интенсивный мониторинг первых шести подъемов привел к дальнейшим изменениям в конструкции смесителя, как показано на рис. 6 .Классификация была изменена для уменьшения содержания песка за пределами указанного диапазона и увеличения содержания воды. Целевая консистенция Vebe составляла 16 с, и влажная смесь показала значительно улучшенную стойкость к расслоению в разгрузочном бункере. Было сохранено содержание цемента 162 кг м ^-3 , и было принято соотношение по массе 0,96: 1.

Рисунок 6. Сортировка агрегатов РКК.

Результаты уплотненной плотности были близки к 98% пороговому значению TAF, но измерения в диапазоне 97–98% не были редкостью.Результаты показаны на фигуре , фиг. 7, , при этом значения плотности TAF выше 100% указывают на небольшую изменчивость в смеси и / или методе испытаний NDM.

Рис. 7. Плотность RCC уплотненного во влажном состоянии.

Результаты 7-дневной прочности на сжатие изначально были противоречивыми и варьировались от 5 МПа до 10 МПа и выше. Разница в совокупных запасах и сложность поддержания калибровки завода считались ключевыми факторами, влияющими на стабильность работы. Смесь, принятая для основной части продукции (подъемник 8 и выше), не менялась, но управление смесительной установкой было улучшено с подъемника 24, как показано на , рис. 8, .Краткое изложение дизайна представлено в таблице ниже.

Рисунок 8. Вариация выпуска РКК.

Немодифицированный RCC		GE-RCC
Объем мелких частиц	11,2%	Затирка с	1,00
Раствор 9046 9046 9046 9046 9046 200 кг · м −3
Цемент	162 кг · м −3	Эффективный цемент	231 кг · м −3
Вода / цемент	1.08	Эффективный w / c	1,05

Прирост прочности на сжатие для испытательных цилиндров RCC, взятых от подъемника 24 и далее, показан на рис. 9 . Средняя, ​​10-процентная и 90-процентная прочность на сжатие испытательных цилиндров диаметром 150 мм показана для ускоренных 18-часовых испытаний при 65 ° C вместе с лабораторными испытаниями на 7-, 28- и 90-дневные испытания. Испытание ускоренного отверждения с 24-часовым циклом обработки дало разумную степень корреляции с прочностью цилиндров, отвержденных в лаборатории, как показано на , рис. 10, .

Рисунок 9. Прирост силы ПКР.

Рисунок 10. Корреляция ускоренного теста.

Обычный бетон был сохранен для забоя вниз по потоку и высокоуровневых зон забоя вверх по потоку. Обогащение цементного раствора ограничено зонами контакта абатмента и водонепроницаемости, для которых не требуется более высокая прочность на сжатие. Для достижения требуемой эффективности перемешивания в полевых условиях использовался раствор с более высоким содержанием воды (1: 1 в / ц).

Обогащение цементного раствора (без воздухововлечения) оказалось наиболее эффективным при общем содержании цемента около 230 кг · м ^-3 , осадке менее 40 мм и прочности на сжатие, эквивалентной прочности основного ПКК. смешивание.

TB-0713 Механические свойства микрокремнеземного бетона FORCE 10,000® D | Ресурс

Введение

FORCE 10,000® D, добавка для бетона на основе микрокремнезема от GCP Applied Technologies, получила признание в целом ряде различных областей применения. К ним относятся среды, которые являются высококоррозионными, химически насыщенными или очень абразивными, и где требуется менее проницаемый, более прочный бетон. Кроме того, FORCE 10,000® D используется в конструктивных элементах, требующих бетона с улучшенными механическими свойствами.Сюда входит товарный бетон для колонн и балок высотного строительства, а также для предварительно напряженных балок и свай.

В этом техническом бюллетене обсуждается влияние микрокремнезема на некоторые из основных механических свойств, важных для инженеров-конструкторов. Некоторые из них – это повышенная прочность на сжатие, модуль упругости, прочность на изгиб (модуль разрыва), разделенное растяжение, усадка и ползучесть.

Данные испытаний

Данные для этого бюллетеня получены из различных источников.Компания GCP Applied Technologies провела множество лабораторных и полевых испытаний, результаты которых включены здесь. Остальные данные взяты из опубликованной литературы и указаны. Wiss, Janney, компания Elstner Associates (WJE), Ирвинг, Техас, получила контракт на проведение испытаний механических свойств бетона с различными дозами микрокремнезема. Стандартные эталонные смеси, перечисленные с результатами испытаний WJE, были разработаны в GCP. Испытания проводились либо с жидким продуктом из микрокремнезема, либо с сухим уплотненным продуктом.

Прочность на сжатие

Прочность на сжатие является основным показателем характеристик бетона и является преимуществом микрокремнезема. Чтобы лучше понять вклад микрокремнезема в высокопрочный бетон по сравнению с другими стандартными ингредиентами смеси, GCP изучила вклад прочности в фунтах на кв. Дюйм на фунт (МПа на килограмм) цемента, летучей золы классов C и F и микрокремнезема. Они суммированы на Рисунке 1. Значения являются средними для многих различных смесей и дозировок микрокремнезема.

фунтов на фунт (кг на кг), микрокремнезем значительно более эффективен в развитии прочности на сжатие, чем цемент и летучая зола. Через 28 дней микрокремнезем может быть почти в 5 раз более эффективным, чем цемент, в повышении прочности на сжатие. Это результат как пуццолановой природы, так и крупности микрокремнезема, которые подробно описаны в Техническом бюллетене TB-0709.

На рис. 2 показано, как микрокремнезем влияет на прочность бетона на сжатие через 28 дней.В таблице 1 представлена ​​конструкция бетонной смеси, которая соответствует результатам на рисунках 1 и 2. Бетон с содержанием микрокремнезема 5% или 10% демонстрирует хороший прирост прочности, и даже 15% дозировки обеспечивают дополнительные преимущества, хотя дополнительные преимущества при добавлении дополнительных 5% меньше.

Рисунок 1

Рисунок 2

Несмотря на повышенную номинальную прочность при дозировках, превышающих 20%, вклад прочности на сжатие ниже, чем в диапазоне дозировок от 5% до 15%.Следовательно, для высокопрочных применений дозы микрокремнезема обычно составляют 15% или меньше. В таблице 2 приведены конструкции бетонной смеси и результаты по прочности на сжатие при добавлении 5%, 10% и 15% микрокремнезема в исследовании WJE. Все испытания прочности на сжатие проводились в соответствии с ASTM C39.

Благодаря исключительному вкладу в прочность микрокремнезема, бетон с прочностью на сжатие свыше 10 000 фунтов на квадратный дюйм (69 МПа) легко и регулярно доступен с FORCE 10,000® D. Для двух крупных высотных проектов в Сиэтле ¹ , товарный микрокремнеземный бетон постоянно произвел 19000 фунтов на квадратный дюйм (131 МПа) за 56 дней (56 или 90-дневная прочность на сжатие обычно указывается для высокопрочного бетона).

Из таблицы 2 следует отметить, что высокопрочный бетон можно производить без микрокремнезема. Однако микрокремнезем можно производить массово на более стабильной основе и с большей удобоукладываемостью.

Модуль упругости

Согласно испытаниям в соответствии с ASTM C469, модуль упругости или наклон кривой зависимости напряжения от деформации увеличивается пропорционально для высокопрочного бетона. Это используется для определения деформации и жесткости конструкции. В высотных зданиях чем жестче конструкция, тем меньше она качается и сносится, что увеличивает запас прочности и уровень комфорта для людей, находящихся на верхних этажах.Для недавно построенного 56-этажного здания в Сиэтле жесткость колонн имела огромное значение. Переходя к более прочному и жесткому бетону, проектировщики смогли использовать основные колонны диаметром десять футов, занимающие только шестьдесят процентов площади, которая требовалась бы для колонн нормальной прочности. Это привело к значительному увеличению полезной площади пола, значительной экономии строительных затрат и более жесткой конструкции.

Таблица 1

Конструкции бетонных смесей, показанные на Рисунках 1 и 2

Бетонный материал	Рисунок 1	Рисунок 2
Цемент, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	500-800 (297-475)	700 (415)
Крупный заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1,610–1,710 (955-1015)	1,720 (1020)
Мелкий заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1 060–1325 (629–786)	1,060 (629)
Соотношение вода / цемент	0.40	0,40
Летучая зола, фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	0–140 (0–83)	0
Кремнезем,% от цемента	0–20	0–22,5
Содержание воздуха,%	1,5	1,5
Добавлены добавки для удобоукладываемости

Таблица 2

Wiss, Janney Elstner Исследование механических свойств Конструкции бетонной смеси

	Эталонные смеси		Смесь A	Смесь B	Смесь C
	Подобный дизайн микса	Аналогичная сила
Цемент, тип I, фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	700 (415)	850 (504)	691 (410)	696 (413)	694 (412)
Зола уноса, тип C, фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	–	–	–	149 (88)	–
Крупный заполнитель, фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	1850 (1098)	1775 (1053)	1842 (1093)	1857 (1102)	1852 (1099)
Мелкий заполнитель, фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	1,400 (831)	1325 (786)	1 356 (805) 90 470	1,174 (697)	1,280 (759)
Microsilica, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 ) % по массе.цемента	0 (0) 0	0 (0) 0	32 (19) 4,6	66 (39) 9,4	100 (59) 14,4
Соотношение вода / цемент	0,35	0,30	0,35	0,35	0,35
DARACEM® 100, oz / cwt (мл / 100 кг)	18 (1,174)	26 (1,695)	18 (1,174)	18 (1,174)	18 (1,174)
Содержание воздуха,%	1.5	1,6	2,4	1,9	2,0

Результаты тестов (28 дней)
	Эталонные смеси		Смесь A	Смесь B	Смесь C
	Подобный дизайн микса	Аналогичная сила
Прочность на сжатие, фунтов на кв. Дюйм (МПа)	6 500–7 500 (45–52)	11 000 (76)	9,860 (68)	11,600 (80)	11310 (78)
Модуль упругости, фунтов на кв. Дюйм x 106 (МПа x 104)	4.5 – 5,1 (3,1 – 3,5)	5,7 – 6,0 (3,9 – 4,1)	6,09 (4,2)	6,37 (4,4)	6,25 (4,3)
Коэффициент Пуассона	0,20	0,20	0,20	0,21	0,20
Прочность на изгиб, фунтов на кв. Дюйм (МПа)	650 – 950 (4,5 – 6,6)	1200 – 1300 (8.3 – 9,0)	1,295 (8,9)	1525 (10,5)	1530 (10,5)
Прочность на разрыв при раскалывании, фунтов на кв. Дюйм (МПа)	550 – 650 (3,8 – 4,5)	650-800 (4,5 – 5,5)	750 (5,2)	760 (5,2)	690 (4,8)
Изменение длины за один год (мкдюйм./ дюйм)	(от -400 до -600)	(от -500 до -700)	(-387)	(-365)	(-458)
Ползучесть агрегата за два года (мкдюйм / дюйм / фунт / кв. Дюйм)	(от 0,35 до 0,50)	(от 0,25 до 0,50)	(0,15)	–	–

Примечания: Все значения веса указаны в фунтах на кубический ярд бетона. Справочные миксы от GCP и WJE для сравнения. Подобные эталонные смеси прочности были выполнены в лабораторных условиях.

Модуль упругости бетона зависит от модуля как пасты, так и заполнителей, а также их относительного количества в смеси. Обычно модуль упругости нормальной пасты составляет от 2,5 до 3,5 миллиона фунтов на квадратный дюйм (от 0,017 до 0,024 миллиона МПа), тогда как модули для заполнителей значительно выше. Перепад напряжений возникает в связке между пастой и заполнителем, и значения результирующих модулей бетона могут находиться в диапазоне от 3 до 5 миллионов фунтов на квадратный дюйм (0,021 до 0,034 миллиона МПа) для бетона нормальной прочности.С помощью микрокремнеземных паст модуль упругости бетона может быть увеличен до диапазона от 5 до 7 миллионов фунтов на квадратный дюйм (от 0,034 до 0,048 миллиона МПа), что приближается к таковому у некоторых заполнителей. Затем смесь ведет себя так, как если бы она была однородной, разница напряжений между пастой и заполнителем уменьшается, а общий модуль упругости бетона может составлять в среднем 6 миллионов фунтов на квадратный дюйм (0,04 миллиона МПа) и более. опорные колонны диаметром в фут, занимающие только шестьдесят процентов площади, которая требовалась бы для колонн нормальной прочности.Это привело к значительному увеличению полезной площади пола, значительной экономии строительных затрат и более жесткой конструкции.

Для трех различных бетонных смесей, эксплуатируемых WJE, модуль упругости за 28 дней находился в диапазоне от 6,1 до 6,4 миллиона фунтов на квадратный дюйм (0,042-0,044 миллиона МПа), как показано в таблице 2. Это значения от 9700 до 11600 миллионов фунтов на квадратный дюйм (от 66,8 до 79,9. млн МПа) прочность бетона на сжатие. Для более прочного бетона, например, для проектов Сиэтла, упомянутых ранее, модуль упругости обычно составлял 6.От 8 до 7,2 миллиона фунтов на квадратный дюйм (от 0,047 до 0,050 миллиона МПа) за 56 дней.

В лаборатории GCP2 было проведено исследование для измерения модуля упругости для различных доз микрокремнезема и цементных факторов. В Таблице 3 перечислены эти конструкции смесей. На рис. 3 показан модуль упругости для первых трех дней, а на рис. 4 – значения от трех до девяноста дней.

На рис. 5 показаны соответствующие кривые прочности на сжатие. Эти цифры показывают, что более прочные бетоны дают более высокие значения модуля упругости, что помогает уменьшить прогиб колонн и балок.

Хотя более высокий модуль упругости указывает на более хрупкий материал, это легко исправить путем использования дополнительной арматуры для конструкции из высокопрочного бетона. Преимущества более прочного бетона и более жесткой конструкции перевешивают любые неудобства. Однако это не означает, что большое увеличение прочности на сжатие представляет собой соответствующее большое увеличение модуля упругости. Фактически, согласно исследованию GCP, 28-дневная прочность на сжатие эталонной смеси составила 7400 фунтов на квадратный дюйм (51.0 МПа) и смесь микрокремнезема 71/2% 10500 фунтов на квадратный дюйм (72,3 МПа), тогда как соответствующие модули упругости составляли 4,9 x 106 и 5,2 x 106 фунтов на квадратный дюйм (0,034 x 0,73 и 0,036 x 0,73 МПа) соответственно (Рисунок 4) . Бетоны аналогичной прочности на сжатие, с микрокремнеземом или без него, обладают модулями упругости, аналогичными показанным в таблице 2.

Коэффициент Пуассона

В исследовании, проведенном WJE на бетоне FORCE 10,000® D, коэффициент Пуассона, отношение деформации в поперечном направлении к деформации в вертикальном направлении, усредненный между 0.20 и 0,21 для всех трех смесей. Это значение соответствует бетону нормальной прочности.

Таблица 3

Расчет модуля упругости бетонной смеси

	Эталонная смесь	Смесь A	Смесь B
Цемент, тип 1 фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	658 (390)	658 (390)	752 (446)
Крупный заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1,800 (1068)	1,800 (1068)	1,800 (1068)
Мелкий заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1336 (793)	1,278 (758)	1,148 (681)
Microsilica (Force 10,000® D) – фунт / ярд3 (кг / м3) -% цемента	0 0	49 (29) 7.5	113 (67) 15,0
Соотношение вода / цемент	0,40	0,40	0,35
DARACEM® 19, oz / cwt (мл / 100 кг)	12 (782)	18 (1,174)	20 (1 304)
Содержание воздуха,%	1,5	1,5	2,3

Рисунок 3

Рисунок 4

Прочность на изгиб (модуль упругости)

Прочность на изгиб или модуль разрыва, измеренный по ASTM C78, ​​становится важным параметром материала при укладке дорожных покрытий в аэропортах и ​​на проезжей части, в полах зданий или настилах крыш, а также при ремонте дорожных покрытий и связанных покрытиях, где разрушение при изгибе более вероятно, чем разрушение в сжатие.Поскольку прочность заполнителя на изгиб обычно значительно выше, чем у пасты, становится чрезвычайно важным иметь хорошее сцепление пасты с заполнителем, которое связывает заполнитель вместе. Поскольку паста FORCE 10,000® D обеспечивает отличное сцепление с заполнителем, прочность бетона на изгиб значительно улучшается. Значения изгиба 800 фунтов на квадратный дюйм (5,5 МПа) за 24 часа были достигнуты с помощью FORCE 10,000® D, а значения за 28 дней превышают 1500 фунтов на квадратный дюйм (10,3 МПа). 28-дневные результаты WJE составили 1295 фунтов на квадратный дюйм (8.9 МПа) для 5% микрокремнезема, 1525 фунтов на квадратный дюйм (10,5 МПа) для 10% микрокремнезема плюс летучая зола и 1530 фунтов на квадратный дюйм (10,6 МПа) для 15% микродиоксида кремния (Таблица 2). Бетон с микрокремнеземом обеспечивает большую прочность на изгиб, чем бетон с аналогичной прочностью на сжатие без микрокремнезема (таблица 2).

В другом лабораторном исследовании GCP3 прочность на изгиб была измерена через 1, 7 и 28 дней для бетона, содержащего 0%, 5%, 10% и 15% микрокремнезема. В таблице 4 перечислены использованные конструкции бетонной смеси. На рисунке 6 приведены результаты прочности на изгиб, полученные в результате этого исследования, а на рисунке 7 – результаты прочности на сжатие.

ACI 318 рекомендует использовать уравнение: 7.5√ f’c для оценки прочности бетона на изгиб для целей проектирования, когда испытания недоступны. Для бетона FORCE 10,000® D исследования GCP и WJE показали, что результаты прочности на изгиб более чем на 50% превышают прогноз, рассчитанный по формуле ACI. Это частично объясняется лучшей связью пасты с заполнителем, создаваемой микрокремнеземным бетоном, а частично – консервативным характером уравнения ACI 318.

Данные, представленные в отчете о современном состоянии высокопрочного бетона ACI 363R ⁴ , показывают, что уравнение ACI 318 серьезно занижает прочность на изгиб высокопрочного бетона.Соотношение более точно представлено следующим образом: fr = 11,7√ f’c. Данные GCP выгодно отличаются от уравнения ACI 363R, но лучше соответствуют следующему: fr = 0,5√ f’c0,85. Это уравнение предсказывает несколько более высокую прочность на изгиб при высоких значениях прочности на сжатие, чем уравнение ACI 363R. Данные опорных точек и все эти формулы показаны на рисунке 8.

Разделение на растяжение

Прочность на растяжение при разделении, измеренная по ASTM C496, важна при проектировании, когда требуются гарантии адекватной прочности бетона на сдвиг.В общем, это показатель качества бетона. Значения для теста WJE показаны в таблице 2.

Изменение длины

В бетоне хорошо известны два типа усадочного растрескивания: пластическая усадка и усадка при высыхании. Пластическая усадка обычно происходит в течение первых двенадцати часов после укладки из-за быстрого высыхания бетонной поверхности. Так как бетон, который содержит 5% и более высокую дозу микрокремнезема, меньше просачивается в плиты, чем обычный бетон, важно поддерживать адекватный уровень поверхностной влажности с туманом и влажным отверждением в течение этого критического периода времени.Соблюдение надлежащей практики отверждения, изложенной в рекомендациях ACI, позволит уменьшить растрескивание при пластической усадке.

Рисунок 5

Таблица 4

Конструкции бетонной смеси для исследования прочности на изгиб

	Эталонные смеси	Смесь A	Смесь B	Смесь C
Цемент, тип 1 фунт / ярд 3 (кг / м 3 )	658 (390)	658 (390)	658 (390)	658 (390)
Крупный заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1,800 (1068)	1,800 (1068)	1,800 (1068)	1,800 (1068)
Мелкий заполнитель, фунтов / ярд 3 (кг / м 3 )	1,358 (806)	1,320 (783)	1,278 (758)	1,221 (724)
Microsilica (Force 10,000® D) – фунт / ярд 3 (кг / м 3 ) -% цемента	0 0	33 (20) 5.0	66 (39) 10,0	99 (59) 15,0
Соотношение вода / цемент	0,40	0,40	0,40	0,40
DARACEM® 19, унций / ц (мл / 100 кг)	12 (782)	18 (1,174)	18 (1,174)	18 (1,174)
Содержание воздуха,%	1,5	1.5	1,5	1,4

Рисунок 6

жесткость и максимальный размер агрегата. Испытания проводились в соответствии с ASTM C157 с результатами через один год после отчета WJE, показанного в таблице 2. Значения усадки бетона с микрокремнеземом меньше, чем у бетона без микрокремнезема через один год. методы, изложенные в руководящих принципах ACI, уменьшат

Ползучесть

Исследование WJE протестировано на ползучесть бетона в соответствии с ASTM C512.Ползучесть – это мера осевой деформации материала при постоянной нагрузке. Двухлетнее значение ползучести для бетонной смеси с 5% микрокремнезема показано в таблице 2. Это значение считается лучше, чем у бетона нормальной прочности.

Заключение

Прочность бетона на сжатие в последние годы растет. Добавление микрокремнезема привело к качественному скачку к еще более высокой прочности и улучшению всех других механических свойств бетона. Эти повышенные значения позволят инженеру-строителю проектировать бетонные конструкции сегодня, о которых вчера было только мечтой.

Список литературы

1. Годфри младший, К. А .; Рекордные показатели прочности бетона – 36%, Гражданское строительство, октябрь 1987 г.
2. Dallaire, M. P. and Berke, N. S .; Исследование модуля упругости бетона FORCE 10,000® D, неопубликованное, июнь 1989 г.
3. Dallaire, M. P. and Berke, N. S .; Исследование прочности на изгиб бетона FORCE 10,000® D, неопубликованное, апрель 1989 г.
4. Отчет о современном состоянии высокопрочного бетона, ACI 363.

Рисунок 7

Рисунок 8

Бетон со сверхвысокими характеристиками

Бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC) – это цементирующий бетонный материал, который имеет минимальную заданную прочность на сжатие 17 000 фунтов на квадратный дюйм (120 МПа) с указанными требованиями к прочности, пластичности при растяжении и вязкости; волокна обычно включаются в смесь для достижения определенных требований.

Бетон со сверхвысокими характеристиками (UHPC), также известный как реактивный порошковый бетон (RPC). Материал обычно составляется из портландцемента, дополнительных вяжущих материалов, реактивных порошков, известняка и / или кварцевой муки, мелкого песка, высокодисперсных восстановителей воды и воды. Материал может быть составлен так, чтобы обеспечить прочность на сжатие, превышающую 29 000 фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм) (200 МПа). Использование тонких материалов для матрицы также обеспечивает плотную гладкую поверхность, которая ценится за ее эстетический вид и способность близко передавать детали формы на закаленную поверхность.В сочетании с металлическими, синтетическими или органическими волокнами он может достигать прочности на изгиб до 7000 фунтов на квадратный дюйм (48 МПа) или выше. Типы волокон

, часто используемые в UHPC, включают высокоуглеродистую сталь, ПВС, стекло, углерод или их комбинацию или другие. Пластичность этого материала является первой для бетона, поскольку он способен деформировать и выдерживать изгибные и растягивающие нагрузки даже после начального растрескивания. Высокие сжимающие и растягивающие свойства UHPC также способствуют высокой прочности сцепления, позволяя укороченную длину заделки арматуры в таких применениях, как заливка затворов между сборными элементами.

Конструкция UHPC упрощена за счет устранения необходимости в армирующей стали в некоторых областях применения и высоких характеристик текучести материалов, которые делают его самоуплотняющимся. Матрица UHPC очень плотная и имеет минимальную разрозненную структуру пор, что приводит к низкой проницаемости (диффузия хлорид-иона менее 0,02 x 10-12 м2 / с. Низкая проницаемость материала предотвращает проникновение вредных материалов, таких как хлориды, что обеспечивает превосходные характеристики долговечности.

Некоторые производители создали предварительно смешанные продукты UHPC с добавлением воды, которые делают продукты UHPC более доступными.Американское общество по испытаниям и материалам установило стандартную практику ASTM C1856 / 1856M для изготовления и испытания образцов сверхвысокопроизводительного бетона, которая основывается на текущих методах испытаний ASTM с модификациями, чтобы сделать его пригодным для UHPC. Ниже приведен пример диапазона характеристик материала для UHPC:

Прочность

На сжатие: от 17000 до 22000 фунтов на кв. Дюйм (от 120 до 150 МПа)

Изгиб: от 2200 до 3600 фунтов на кв. Дюйм (от 15 до 25 МПа)

Модуль упругости: от 6500 до 7300 ksi, (от 45 до 50 ГПа)

Прочность

Замораживание / оттаивание (после 300 циклов): 100%

Солевые отложения (потеря остатков): <0.013 фунт / фут3 (<60 г / м2)

Истирание (индекс относительной потери объема): 1,7

Проницаемость для кислорода: <10-19 фут2 (<10-20 м2)

Рис. 1. Транзитная станция легкорельсового транспорта Shawnessy,
Калгари, Канада

Первое использование бетона со сверхвысокими характеристиками для новаторского навеса на вокзале

В.Х. Перри и Д. Закариасен, Lafarge Canada Inc. Система LRT будет построена из бетона со сверхвысокими характеристиками (UHPC).Инновационный проект, разработанный Энцо Вичензино из CPV Group Architects Ltd., принадлежит городу Калгари, управляется Управлением транспортных проектов (TPO) и построен генеральным подрядчиком Walter Construction.

Дизайн

24 тонких навеса станции, размером 16,7 на 19,7 футов и толщиной всего 0,79 дюйма, опирающиеся на одиночные колонны, защищают пассажиров от непогоды. Бетон со сверхвысокими характеристиками обладает уникальным сочетанием превосходных технических характеристик, включая пластичность, прочность и долговечность, обеспечивая при этом изделия с высокой пластичностью и высоким качеством поверхности.В контрактном документе указано минимальное требование 19 000 фунтов на квадратный дюйм. Помимо навесов, в состав компонентов входят стойки, колонны, балки и желоба. Объем использованного материала составил 105 кубических ярдов.

Производство и установка

Сборные элементы навеса были отлиты индивидуально и состояли из полуоболочек, колонн, анкерных балок, подкосов и желобов. В таблице 1 приведены данные испытаний производства двадцати четырех навесов.

Рисунок 2. Полукозырек стальной формы

Колонны и полуоболочки были отлиты в закрытых стальных формах (рис. 2).Желоба были отлиты методом вытеснения, в то время как стойки и анкерные балки были изготовлены с использованием обычных двухэтапных отливок под действием силы тяжести.

Сначала на бетонную площадку были установлены колонны. Затем правая и левая полукорпуса вместе с анкерными балками были предварительно собраны на заводе и доставлены на площадку, где их подняли (краном) над железнодорожными путями для размещения на колоннах (рис. 3). . По прибытии на площадку навесы были установлены на временных лесах, а подкосы прикреплены к оболочкам и ранее установленным колоннам с помощью сварных соединений.

Рисунок 3. Навесы, готовые к транспортировке.

Заключение

Уникальное сочетание превосходных свойств материала и гибкости дизайна позволило архитектору создавать привлекательные, не совсем белые, изогнутые навесы. В целом, этот материал предлагает решения с такими преимуществами, как скорость строительства, улучшенный внешний вид, превосходная долговечность и непроницаемость против коррозии, истирания и ударов, что приводит к сокращению затрат на обслуживание и увеличению срока службы конструкции.

Iowa может похвастаться первым в США мостом из бетона с высокими эксплуатационными характеристиками

Округ Вапелло, штат Айова, может похвастаться первым в США шоссейным мостом из бетона (UHPC) со сверхвысокими характеристиками, построенным в мае 2006 года. Несмотря на то, что это простой однопролетный мост с трехбалочным поперечным сечением, Мост Марс-Хилл представляет собой значительный шаг к «Мосту будущего» – использование 110-футовых балок UHPC, не имеющих арматурных стержней для срезных хомутов. Этот проект был одним из 96 проектов, представленных на конференции Concrete Bridge Conference 2006, проходившей в мае в Рино, штат Невада.

Список литературы

Lafarge North America Inc. Веб-сайт Ductal

Перри, В.Х. «Вопросы и ответы: что такое реактивный порошковый бетон?», HPC Bridge Views, № 16, июль / август 2001 г.

Прочность бетонных кубов на сжатие

Общая прочность конструкции, такая как сопротивление изгибу и истиранию, напрямую зависит от прочности бетона на сжатие.

Согласно Википедии, Прочность бетона на сжатие определяется как характеристическая прочность бетонных кубов размером 150 мм, испытанных в течение 28 дней.

Почему мы проводим тестирование через 7, 14 и 28 дней?

Бетон представляет собой макрокомпонент с песком, цементом и крупнозернистым заполнителем в качестве микрокомпонентов (соотношение смеси) и со временем приобретает 100% прочность в затвердевшем состоянии.

Взгляните на приведенную ниже таблицу.

Прочность бетона сверхурочно

Дней после литья	Прирост силы
День 1	16%
День 3	40%
День 7	65%
День 14	90%
День 28	99%

Как видите, бетон быстро набирает прочность до 7 ^-го и 14 ^-го дней.Затем постепенно увеличивается оттуда. Таким образом, мы не можем предсказать прочность, пока бетон не придет в это стабильное состояние.

Как только он достигнет определенной силы через 7 дней, тогда мы знаем (согласно таблице) только 9% силы будет увеличиваться. Поэтому на объектах мы обычно тестируем бетон с этим интервалом. Если бетон выйдет из строя через 14 дней, мы откажемся от замеса.

Таблица прочности на сжатие бетона через 7 и 28 дней

Марка бетона	Минимальная прочность на сжатие Н / мм2 через 7 дней	Расчетная нормативная прочность на сжатие (Н / мм2) через 28 дней
M15	10	15
M20	13.5	20
M25	17	25
M30	20	30
M35	23,5	35
M40	27	40
M45	30	45

Лабораторные испытания бетона на прочность при сжатии

Цель

Найти значение прочности бетонных кубов на сжатие.

Требуемое оборудование и аппаратура

• Формы для кубиков 150 мм (с маркировкой IS)

• Электронные весы

• Лист G.I (для изготовления бетона)

• Вибрационная игла и другие инструменты

• Машина для испытания на сжатие

Процедура

Отливка куба

• Измерьте сухую пропорцию ингредиентов (цемент, песок и крупный заполнитель) в соответствии с проектными требованиями.Ингредиентов должно хватить для отливки тестовых кубиков

• Тщательно перемешайте сухие ингредиенты для получения однородной смеси

• Добавьте расчетное количество воды к сухой пропорции (водоцементное соотношение) и хорошо перемешайте для получения однородной текстуры

• Залить бетон в форму с помощью вибратора для тщательного уплотнения

• Обработайте верхнюю часть бетона шпателем и хорошо постучите до тех пор, пока цементный раствор не достигнет вершины кубиков.

Лечение

• Через некоторое время форму следует накрыть красным мешком и поставить в покое на 24 часа при температуре 27 ° C ± 2

• Через 24 часа выньте образец из формы.

• Держите образец в пресной воде с температурой 27 ° C. Образец следует хранить 7 или 28 дней. Каждые 7 дней воду следует обновлять.

• Образец следует вынуть из воды за 30 минут до испытания.

• Перед проведением испытания образец должен быть в сухом состоянии.

• Вес куба не должен быть меньше 8,1 кг

Тестирование

• Теперь поместите бетонные кубики в испытательную машину. (централизованно)

• Кубики должны быть правильно размещены на плите машины (проверьте отметки круга на машине). Тщательно совместите образец со сферической пластиной.

• Нагрузка будет приложена к образцу в осевом направлении.

• Теперь медленно приложите нагрузку со скоростью 140 кг / см ² в минуту, пока куб не схлопнется.

• Максимальная нагрузка, при которой образец разрушается, принимается за сжимающую нагрузку.

Расчет

Прочность бетона на сжатие = максимальная сжимающая нагрузка / площадь поперечного сечения

Площадь поперечного сечения = 150 мм X 150 мм = 22500 мм2 или 225 см ²

Предположим, что сжимающая нагрузка составляет 450 кН,

Прочность на сжатие = (450000 Н / 225) / 9.81 = 204 кг / см ²

Примечание – 1 кг равен 9,81 N

Результат наблюдения (лабораторный отчет)

Детали	Образцы
	Образец 1	Образец 2	Образец 3
Сжимающая нагрузка (кН)	375 кН	425 кН	435 кН
Прочность на сжатие (кг / см2)	(375000/225) / 9.81 = 170 кг / см 2	(425000/225) / 9,81 = 192,5 кг / см 2	(435000/225) / 9,81 = 197,0 кг / см 2
Средняя прочность на сжатие	= (170 + 192,5 + 197) / 3 = 186,5 кг / см 2

Банкноты

• Описанный выше эксперимент следует проводить при температуре 27 ° C ± 2 °.

• Согласно IS 516 индивидуальное изменение сжимающей нагрузки не должно превышать плюс минус 15% от среднего значения.

Частота отбора проб

Согласно IS 456: 2000, минимальная частота отбора проб бетона

Количество бетона в работе (м3)	Количество образцов
1-5	1
6-15	2
16-30	3
31-50	4
51 и старше	4 плюс одна дополнительная проба на каждые дополнительные 50 м3

Видео эксперимента

Надеюсь, вам понравился контент.Поддержите нас, поделившись.

Счастливого обучения 🙂

Влияние крупного заполнителя на модуль упругости бетона

Введение

Модуль упругости бетона (E _c ) связан со структурными деформациями, которые необходимо поддерживать в определенных пределах, чтобы предотвратить чрезмерные деформации, вызывающие трещины и другие патологии в бетонных конструкциях. В сочетании с прочностью модуль упругости, обозначающий жесткость материала, является одной из наиболее важных характеристик бетона (Chunsheng, Kefei & Fu, 2014).Граница раздела между матрицей и заполнителем (мелким или крупным), установленная совокупностью, известна как межфазная переходная зона (Scrivener, Crumbie & Laugesen, 2004). Бетон представляет собой композитный трехфазный, анизотропный и хрупкий материал, поведение которого меняется в зависимости от приложенной нагрузки (Topçu & Uğurlu, 2007). Определение модуля упругости бетона – непростая задача, поскольку материал не является полностью эластичным, даже несмотря на то, что его поведение эластично при низких нагрузках от 30 до 40% от его предельной нагрузки.

Нелинейное поведение кривой напряжения-деформации бетона (σ-ε) затрудняет точное определение конкретной скорости модуля статической упругости (Diógenes, Cossolino, Pereira, Debs & Debs, 2011). Типы статического модуля упругости бетона, связанные с различными расчетами нагрузки, включают начальный касательный модуль (E _ci ), касательный модуль в общей точке и секущий модуль (E _cs ).

Факторы, влияющие на модуль упругости бетона, зависят от характеристик матрицы цементного теста, переходной зоны, заполнителя и параметра испытания.Ларрард и Беллок (1992) сообщили, что самыми слабыми компонентами в бетоне являются затвердевшее цементное тесто и переходная зона между цементным тестом и крупным заполнителем, а не сам крупный заполнитель. Пористость матрицы влияет на индивидуальную прочность цементного теста, вызывая колебания модуля упругости (Helene, Monteiro & Kang, 1993). Согласно Мехте и Монтейро (2014), по мере увеличения зрелости модуль упругости бетона увеличивается быстрее, чем его прочность на сжатие (f _c ) из-за большей плотности межфазной переходной зоны.Beshr, Almusallam и Maslehuddin (2003) изучали влияние четырех типов крупных заполнителей, а именно известнякового, доломитового, кварцитового известняка и стального шлака, на прочность на сжатие и модуль упругости высокопрочного бетона, и пришли к выводу, что влияние типа крупнозернистого бетона Агрегат имеет более значительный модуль упругости по сравнению с прочностью на сжатие.

Исследования в различных регионах Бразилии (Alhadas, Calixto & Ferreira, 2010; Machado, Shehata & Shehata, 2009) показали, что минералогический состав крупного заполнителя сильно влияет на модуль упругости бетона.Фактически, модуль упругости варьируется на 30% в зависимости от типа заполнителя и состава бетона.

Основная трудность при использовании теоретических моделей для определения модуля упругости бетона заключается в том, что они требуют предварительных знаний о модуле упругости заполнителя и цементного теста. Для решения этой проблемы появились нормативные эмпирические подходы, которые оценивают E _c на основе показателей прочности бетона на сжатие.

В стандартах Associação Brasileira de Normas Técnicas-ABNT NBR 6118 (2007), Международной федерации бетона-FIB (2010), Американского института бетона – ACI 318 (2014) и Еврокода 2 (2004) предлагается использовать уравнения (1-4). ), соответственно. В этих уравнениях E _{ci – начальный касательный модуль в ГПа; E c – секущий модуль, определяемый как наклон прямой линии, соединяющей точки, соответствующие нулевому напряжению и напряжению 0.45 f ck схемы; Ecs – это секущий модуль между точками напряжения 0 и 0,4 фут / см через 28 дней, в МПа. Кодовые уравнения приведены ниже.}

где:

E _ci – начальный касательный модуль в ГПа;

f _ck – характеристическая прочность бетона на сжатие в МПа.

α – коэффициент, зависящий от типа агрегата;

∆f = 8 МПа;

E _co = 21,5 × 10 ³ МПа.

где:

E _c – секущий модуль.

где:

E _cs – секущий модуль между точками напряжений 0 и 0,4 f _см ;

f _см – средняя прочность бетона, МПа;

αe – поправочный коэффициент, зависящий от типа агрегата.

Когда уравнения (3 и 4), предложенные Американским институтом бетона – ACI 318 (2014) и Еврокод 2 (2004), соответственно, используются для расчета секущего модуля упругости, соответствующие уравнения для E _ci , показанные в уравнениях ( 5 и 6), может быть получено из уравнения (7).

Хотя эмпирические модели, предлагаемые стандартами, не могут точно определить начальный тангенциальный модуль упругости E _ci как функцию прочности и типа заполнителя, они обеспечивают приближения (Helene et al., 1993). Истинными показателями являются те, которые ранее учитывали модуль упругости цементного теста и заполнителей. Были предприняты попытки включить другие поправочные коэффициенты, связанные с природой крупного заполнителя и консистенцией свежего бетона.

Текущее исследование проанализировало влияние крупных заполнителей – базальта и доломита – на модуль упругости трех различных классов прочности бетона.Экспериментальные результаты модуля упругости сравнивались с модулем упругости, оцененным по уравнениям (1 и 2, 5–6), предложенным стандартами Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 6118 (2007), Federation Internationale du Beton (FIB, 2010). ), Американский институт бетона – ACI 318 (2014) и Еврокод 2 (2004). В общей сложности 459 цилиндрических образцов бетона были испытаны для определения их прочности на сжатие, модуля упругости и прочности на разрыв посредством испытания на диаметральное сжатие и коэффициента Пуассона.

Материалы и методы

Экспериментальный Процедура

Прочность на сжатие (f _ck ) 20, 30 и 40 МПа и два типа заполнителя, базальт и доломит, добытые на трех разных участках в Бразилии, были выбран для определения влияния крупного заполнителя на Eci. Всего было изготовлено 459 бетонных цилиндров размером 10 x 20 см. литье: 153 бетонных цилиндра на каждый вид заполнителя и 51 бетонный баллоны для каждого вида бетонной смеси.Тесты проводились в возрасте 7, 14, 28 лет. и 56 дней для определения прочности на сжатие, модуля упругости и растяжения. прочность на диаметральное сжатие и коэффициент Пуассона. С последних двух тесты выходят за рамки текущего исследования, их методологии и результаты не будет дано. Номенклатура, принятая для образцов, включала прочность бетона на сжатие fck (C20, C30, C40), тип крупного заполнителя (BA – базальт; DO – доломит) и три участка, из которых были извлечены агрегаты: 1, 2 и 3, соответственно муниципалитеты Уберландия, Патос-де-Минас и Убераба, в штат Минас-Жерайс, Бразилия.Например, образец C20-BA-1 соответствует к бетонным баллонам, отлитым из бетона класса 20 МПа, с использованием крупнозернистого базальта совокупность, извлеченная с сайта в Уберланди

Испытания затвердевшего бетона проводились на универсальной испытательной машине EMIC ^® DL-60000 в Лаборатории строительных материалов Федерального университета Уберландии, Уберландия, штат Минас-Жерайс, Бразилия. Машина с грузоподъемностью 600 кН была привязана к компьютерному интерфейсу и приборам для получения данных о нагрузке, деформации и смещении.Система измерения нагрузки состояла из датчика гидравлического давления, а деформация измерялась с помощью двух каналов тензодатчика.

Диаметр бетонных цилиндров был определен с точностью ± 0,1 мм на основе среднего значения двух диаметров, измеренных перпендикулярно на средней высоте. Высота цилиндров также была определена с точностью ± 0,1 мм, а их загрузочные поверхности (верхняя и нижняя) были выровнены с помощью серы. Испытания на прочность на сжатие проводились при непрерывном и равномерном приложении нагрузки при постоянной скорости нагружения 0.45 ± 0,15 МПа · с ^-1 . Три конструкции бетонной смеси (20, 30 и 40 МПа) были подвергнуты трем испытаниям в каждом возрасте (7, 14, 28 и 56 дней).

Для определения начального модуля упругости при испытании на эластичность прикрепляемые тензодатчики были прикреплены к верхней и нижней сторонам анкера листа фольги на цилиндре (см. Рисунок 1). Деформация, соответствующая вертикальному смещению уравновешенного конца листа, определялась деформацией, измеренной тензодатчиками.

Рисунок 1.
Положение накладных тензодатчиков на CS для конкретный модуль упругости при испытании на упругость.

Эластичность испытание на модуль упругости было выполнено в соответствии с по бразильскому стандарту Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 8522 (2008). Для проверки каждой конструкции и возраста бетонной смеси использовались пять бетонных цилиндров. Сначала были использованы два бетонных цилиндра для определения прочности на сжатие до рассчитайте величину нагрузки, которая будет применяться при испытании с другими тремя цилиндрами.Каждый из этих трех бетонных цилиндров был отцентрирован на испытательной плите. машина и тензодатчики были расположены на одинаковом расстоянии от концов образец для испытаний (рисунок 1). Нагрузка прикладывалась со скоростью (0,25 ± 0,05) МПа с ^-1 до 0,3 f _см (σ _b ), а уровень напряжений выдерживался в течение 60 секунд, после чего нагрузка уменьшалась с той же скоростью, что и загрузка процесса до базового уровня напряжений (σ _a , равного 0.5 ± 0,1 МПа). В Циклы загрузки / разгрузки были повторены дважды снова с теми же скоростями и нагрузкой. уровней (σ _a и σ _b ). Специфический деформации были измерены после последнего цикла предварительной нагрузки и в течение 60 секунд. период стресса σa. После чтения напряжения, бетонные цилиндры были нагружены до разрыва. Результаты были отброшены если разница между прочностью на сжатие, полученной в испытание на прочность на сжатие, проведенное на первых двух бетонных цилиндрах и прочность на сжатие теста модуля упругости трех других цилиндры.Уравнение (8) использовалось для определения E _ci в ГПа.

где:

ε _b – средняя удельная деформация на уровне напряжений;

ε _a – средняя удельная деформация на уровне напряжения.

Материалы и конструкция бетонной смеси

Бетонные образцы были отлита из портландцемента типа II со средней прочностью на сжатие 31,27 МПа через 28 суток. Мелкозернистый заполнитель представлял собой натуральный речной песок с крупностью модуль 2.53, а крупные агрегаты имели максимальный диаметр 19 мм. В таблице 1 описаны физические характеристики каждого типа грубого помола. совокупный.

Таблица 1.

Физические свойства БА-1, БА-3 и ДО-2 крупные агрегаты.

Смесь состояла из суперпластификатора на основе аполикарбоксилата и водопроводной воды. Соотношения вода / цемент были 0,53, 0,45 и 0,35, выбранные для достижения предложенных показателей 28-дневной прочности бетона на сжатие.В таблице 2 описан состав смеси и расход цемента на 1 м ³ .

Было рассчитано содержание влаги в песке в каждой смеси и соответствующим образом скорректировано количество воды в смеси. Материалы взвешивались на цифровых весах. Произведено около 0,130 м ³ бетона каждой конструкции смеси. Материалы помещали в бетономешалку в следующей последовательности: крупный заполнитель, примерно 30% воды для затворения, мелкий заполнитель, цемент и остаток воды, смешанный с добавкой.Смеситель выключили через 5 минут, и весь материал, приставший к лопастям и внутренней поверхности, был удален. Затем миксер снова включали еще на 15 мин, после чего часть смеси удаляли для испытания бетонной осадки конуса для определения ее удельной плотности. Затем бетономешалку снова включили еще на 2 минуты перед заливкой цилиндров.

После литья все цилиндры были помещены в камеру для отверждения во влажной среде на срок до 24 часов, после чего они были погружены в резервуар для воды до даты каждого испытания.

Результаты и обсуждение

Таблицы 3 и 4 Опишите результаты средней прочности на сжатие (f _см ), среднего модуля упругости (E _см ) и соответствующих стандартных отклонений (S _d ). Прочность на сжатие и средний модуль упругости были получены 3 результаты цилиндров.

Таблица 2.

Пропорции ингредиентов, используемых в каждом проекте бетонной смеси, приготовленной для текущее исследование.

Таблица 3.

В среднем прочность на сжатие (фут · см) и соответствующее стандартное отклонение (Sd) всей бетонной смеси конструкции.

f _см = средняя прочность на сжатие, S _d = стандартное отклонение.

Бетон, изготовленный из крупнозернистого доломита, независимо от класса прочности, показал самый низкий прирост прочности на сжатие с 7 по 56 день, в среднем 11,67%. Среди образцов, изготовленных с использованием крупнозернистого базальта, за исключением класса прочности бетона С40, образец ВА-3 показал самый высокий прирост прочности на сжатие во времени, достигнув в среднем 31.58%.

Бетон, изготовленный с использованием крупного заполнителя доломита, также показал самый низкий прирост E _ci с 7 по 56 день, или, скорее, в среднем 5,81%. Среди бетонных смесей, произведенных на крупном заполнителе ВА, за исключением класса прочности бетона С20, бетон ВА-3 показал самый высокий прирост E _ci с течением времени, точнее, 19,73%. Поскольку конструкция бетонной смеси C20 имела более пористую цементную матрицу, чем другие классы прочности бетона, последний фактор был решающим при определении разницы в Eci между бетонными смесями, изготовленными с использованием базальтовых и доломитовых заполнителей.В этом случае влияние цементного теста было более важным, чем влияние заполнителя. В дизайне микса C30 три типа агрегатов имели одинаковый прирост в E _ci . В дизайне микса C40 C40-BA-3 показал прирост E _{ci вдвое выше, чем у C40-BA-1. Другими словами, менее пористая матрица из-за низкого отношения в / ц вызвала передачу нагрузки на заполнитель, более высокая удельная плотность которого способствовала жесткости композита. Этот фактор подтверждает теорию о том, что чем выше прочность на сжатие, тем больше влияние типа заполнителя на модуль упругости.}

Таблица 4.

Средний модуль упругости (E _cim ) и соответствующий стандартные отклонения (S _d ) всех конструкций бетонной смеси.

E _cim = средний модуль упругости, S _d = среднеквадратичное отклонение

Эволюция начальной касательной модуль с течением времени может оценивается уравнением 9, предложенным Международной федерацией бетона (FIB, 2010).

где:

E _cj – модуль упругости бетона при возрасте j;

E _c28 – модуль упругости бетона через 28 суток;

t – возраст бетона;

s – коэффициент прироста прочности в зависимости от марки цемента (0.2, 0,25 и 0,38 для портландцемента CPV ARI, CP I и II и CP III и IV соответственно).

На рисунке 2 показан модуль упругости, полученный по уравнению 9, и экспериментальные показатели для конструкций бетонной смеси с крупными заполнителями (а) BA-1, (b) DO-2 и (c) BA-3. Коэффициент усиления s, принятый для этого расчета, составлял 0,25. Начальные коэффициенты тангенциального модуля упругости смеси C30-BA-1 превышали расчетные по уравнению (9), независимо от возраста бетона, в то время как конструкция смеси C40-BA-1 оставалась ниже (в среднем 6%) или равной к тому, что оценивается по уравнению, во всех возрастах.Скорость роста Eci в смеси C20-BA-1 за 28 дней была на 70% выше, чем у C30-BA-1, вероятно, из-за большей доступности воды в первой смеси, которая обеспечила непрерывную гидратацию цемента. Результаты бетонных смесей C20-DO-2, C30-DO-2 и C40-DO-2 через 28 дней были завышены по уравнению (9) в среднем на 2,5%. В случае бетонных смесей, изготовленных с использованием крупного заполнителя BA-3, уравнение (9) завышает (в среднем на 2,19%) только модуль упругости смеси C20-BA-3 через 28 дней.

На рис. 3 показаны графики зависимости Eci от f _c для конкретных образцов для всех возрастов. Прочность на сжатие и модуль упругости изменялись в той же пропорции, то есть модуль упругости увеличивался с увеличением прочности на сжатие. Уравнения, которые лучше всего соответствуют наблюдаемым результатам, были получены методом экспоненциальной регрессии (рис. 3). За исключением бетона БА-3 показатели показателя прочности на сжатие были близки к 0,5, и его использование можно считать приемлемым.Скорректированные коэффициенты детерминации для бетонов БА-1 и ДО-2 составили 0,83 и 0,81 соответственно. Однако бетон, приготовленный с использованием крупного заполнителя ВА-3, показал более высокую дисперсию, чем другие, с скорректированным коэффициентом детерминации для бетона 0,37.

Рис. 2.
Модуль упругости, полученный по уравнению 9 и экспериментальным значениям для конструкции бетонных смесей с крупными заполнителями (а) БА-1, (б) ДО-2 и (в) БА-3.

Рисунок 3
Eci по сравнению с бетоном: (а) BA-1, (b) DO-2 и (c) BA-3, в любом возрасте.

Раздел 1 В данной статье представлены уравнения (1–4), некоторые из которых оценивают модуль упругости от фк. Для сравнения, ставки fck скорости были получены по уравнению 10.

где:

f _см – средняя прочность на сжатие

S _d – стандартное отклонение для каждого набора классов прочности бетона.

На рис. 4 показаны результаты текущего исследования экспериментального модуля упругости и коэффициентов E _ci , полученных по уравнениям [1 и 2, 5–6] для каждого типа бетона, независимо от возраста.Также использовалось уравнение (11), рекомендованное Бразильским институтом бетона (Ibracon, 2003). Уравнение предлагает корректировку уравнения (1), чтобы включить данные, относящиеся к консистенции свежего бетона и влиянию различных типов заполнителя, в соответствии с тенденциями других международных стандартов.

Рисунок 4
Сравнение экспериментальный Eci текущего исследования результаты и Ecirates полученное уравнениями [1 и 2, 5–6] для бетона: (a) BA-1, (b) DO-2 и (c) БА-3, где a1 = 1.1 и a1 = 1,2.

где:

a ₁ – поправочный индекс, учитывающий тип заполнителя (1,1 или 1,2 для плотного базальта и плотного осадочного известняка, 1,0 для гранита и гнейса, 0,9 для метаморфического известняка и 0,7 для песчаника)

a ₂ – индекс коррекции, определяемый консистенцией бетона, равный 1 в текущем исследовании.

Анализ результатов, показанных на рисунке 4, показывает, что уравнения, предложенные Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT NBR 6118 (2007) и Американским институтом бетона – ACI 318 (2014), показали аналогичные значения модуля упругости, хотя и более низкие, чем результаты экспериментов, в среднем 24%.С другой стороны, коэффициенты Eci, полученные по стандарту Еврокода (2004), были выше, чем результаты по модулю упругости (в среднем 13%) и коэффициенты, рассчитанные по другим уравнениям. Уравнение (2), предложенное Международной федерацией бетона (FIB, 2010), было ближе к экспериментальным результатам, чем уравнения (1, 3, 4). В среднем, уравнение, предложенное Международной федерацией бетона (FIB, 2010), позволило получить значения модуля упругости 94, 85 и 90% экспериментальных результатов через 28 дней соответственно для бетонов BA-1, DO-2 и BA-3.

Заключение

Текущее исследование проанализировало влияние грубых заполнителей на Eci. Результаты показали, что fc и Eci бетона, изготовленного из доломитового заполнителя, показали более низкие показатели прироста от 7 до 56 дней. Согласно результатам экспериментов, наиболее эффективным способом увеличения Eci было повышение класса прочности бетона, поскольку изменение минералогического источника крупного заполнителя мало повлияло на Eci по сравнению с эффектом, полученным при изменении класса прочности бетона.

Предложенное добавление поправочных коэффициентов в зависимости от типа агрегата оказалось эффективным, поскольку результаты по уравнению FIB были наиболее близки к экспериментальным результатам.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить бразильское исследование финансирующее агентство CAPES (Федеральное агентство по поддержке и обновлению высшего образования) Образование) и FAPEMIG (Исследовательский фонд штата Минас Gerais) за финансовую поддержку. Спасибо также школе гражданской инженерии федерального университета Уберландии (FECIV-UFU) за его практическая поддержка.

Список литературы

Associação Brasileira de Normas Técnicas [ABNT]. (2007). Бразильская ассоциация технических стандартов: NBR 6118. Процедура проектирования бетонных конструкций. Рио-де-Жанейро, RJ: ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas [ABNT]. (2008). Бразильская ассоциация технических стандартов: NBR 8522. Бетон – определение модуля упругости при сжатии. Рио-де-Жанейро, RJ. ABNT.

Американский институт бетона [ACI]. (2014). ACI 318M-14.Структурно-строительные нормы. Фармингтон-Хиллз, США: ACI.

Альхадас, М.С., Каликсто, Дж. М., и Феррейра, М. С. Н. Ф. (2010). Estudo Compartivo das propriedades mecânicas de concretos fabricados com agregados graúdos de Diferentes Origens Mineralógicas. Concreto & Construção, 58, 61-67.

Бешр, Х., Альмусаллам, А.А., и Маслехуддин, М. (2003). Влияние качества крупного заполнителя на механические свойства высокопрочного бетона. Строительные и строительные материалы, 17 (2), 97-103.

Chunsheng, Z., Kefei, L., & Fu, M. (2014) Численный и статистический анализ модуля упругости бетона как трехфазного гетерогенного композита. Компьютеры и конструкции, 139, 33-42.

Диогенес, Х. Дж. Ф., Коссолино, Л. К., Перейра, А. Х. А., Дебс, М. К., и Дебс, А. Л. Х. С. (2011). Определение модуля упругости бетона по акустическому отклику. Ibracon Structures and Materials Journal, 4 (5), 792-813.

Еврокод 2. (2004). Европейский стандарт.Проектирование бетонных конструкций. Брюссель, Бельгия: Еврокод 2.

Международная федерация бетона [FIB]. (2010). Бюллетень Fib 55, Модельный код 2010. Первый полный черновик (том 1). Лузианна, США: FIB.

Хелен, П. Р. Л., Монтейро, П. Дж. М. и Канг, С. Х. (1993). Расчет бетонных смесей по прочности, модулю упругости и энергии разрушения. Материалы и конструкции, 26 (162), 443-452.

Instituto Brasileiro de Concreto [ИБРАКОН]. (2003). Рекомендации: технические рекомендации NB 1.Сан-Паулу, ИП: ИБРАКОН.

Ларрард Ф. и Беллок А. (1992). Действительно ли мелкие заполнители лучше для изготовления высокопрочного бетона? Цемент, бетон и заполнители, 14 (1), 62-66.

Мачадо, М. Д., Шехата, Л. К. Д., и Шехата, И. А. Э. М. (2009). Кривые корреляции для характеристики бетонов, используемых в Рио-де-Жанейро, с помощью неразрушающих испытаний. Ibracon Structures and Materials Journal, 2 (2), 100-123.

Мехта П. М. и Монтейро П. Дж. (2014). Бетон – микроструктура, свойства и материалы.Мичиган, США: Прентис Холл.

Скривенер, К. Л., Крамби, А. К., Лаугесен, П. (2004). Межфазная переходная зона (ITZ) между цементным тестом и заполнителем в бетоне. Наука о взаимодействии, 12 (4), 411-421.

Topçu, İ. Б., & Угурлу А. (2007). Теория упругости бетона и прогноз статического модуля для бетона плотины с использованием составных моделей. Текник Дерги, 18 (1), 4055-4067.

Заметки автора

[email protected]

.