Архивно експертно съдържание: статията запазва исторически твърдения, таблици и диаграми за циментов разтвор и бетон, но не е проект на смес, спецификация на материала, план за бетониране, структурно изчисление, ръководство за изпитване или оценка на съществуващ елемент. Съставът, свойствата, класът на експозиция, консистенцията, начинът на монтаж, грижата, контролът на качеството и проектните стойности трябва да бъдат определени от отговорни експерти според конкретния обект, декларираните материали и приложимите стандарти.
Саво Кусич днес се фокусира върху дървени прозорци, дърво-алуминиеви прозорци, прозорци по поръчка, врати и заявки за оферта. Тази статия остава като исторически архив и не представлява оферта за проектиране, производство, тестване или изпълнение на бетонни конструкции.
Общи данни
Съставът на циментовия разтвор или съставът на бетона на стълб, стоманобетонна междуетажна конструкция, обработен бетонов елемент, тротоарна плоча, мостова арка или бетонов път ще се счита за задоволителен, като правило, ако въпросният строителен елемент е изработен с най-малко материал и труд, така че да е достатъчно издръжлив и подходящ за целта. Какво трябва да се счита за трайно и подходящо за целта, трябва да се дефинира за всеки отделен случай: следователно, преди да започне строителството на сграда, е необходимо да се определи какви свойства трябва да притежават хоросанът и бетонът по отношение на якост на натиск, якост на огъване, устойчивост на атмосферни влияния, водонепроницаемост и т.н. Има много различни инструкции за това в строителните разпоредби, както и много числени ограничения.
Задачата на строителния предприемач е да гарантира, че стойностите на отделните имоти отговарят на изискваните стойности. Свойствата на бетона могат да бъдат значително повлияни, ако се използват наличните днес знания.
Условия за производство на бетон с хомогенни свойства
Ако якостта на натиск на строителен елемент след 28 дни трябва да бъде 40 MPa, или ако за бетона на тротоарна конструкция се изисква якостта на огъване след 28 дни да бъде 4,5 MPa, тогава тези гранични стойности не трябва да бъдат превишавани никъде; долната гранична стойност може да бъде близка до условната стойност. Ако по време на изпълнението на обекта се спазват по-тесни граници, толкова по-добре изпълнителят изпълнява задачата си. Много е вредно, ако условните стойности са далеч под определени - дори и само на няколко - места.
Исторически стойности и рецепти: Фигурите, пропорциите, маркировките, процедурите за грижа и ограниченията по-долу са прехвърлени от оригиналната статия, за да се запази съдържанието. Те не трябва да се използват като съвременна рецепта, критерии за приемане или заместител на дизайна на сместа, лабораторните тестове, декларациите за материали, технологичния план и приложимите разпоредби.
Якост на натиск на циментов разтвор и бетон
Размерът на якостта на натиск до голяма степен зависи от свойствата на цимента, количеството цимент, количеството и състава на пясъка и инертните материали, количеството вода в бетона по време на монтажа, метода на монтаж и др.
Таблица 1. Влиянието на количеството инертни материали при същото количество хоросан.
1. Цимент
Якостта на натиск на циментовия разтвор и бетона е определена чрез предишни наблюдения и се определя от разпоредбите.
2. Количество цимент
Съгласно фиг. 1a, якостта на натиск се увеличава с увеличаване на количеството цимент, ако съотношението на разтвора в бетона остава същото, докато количеството цимент в разтвора се увеличава и консистенцията на бетона се поддържа постоянно непроменена. Ако количеството на хоросана остане непроменено и само количеството на инертния материал се увеличава или намалява, якостта ще се промени само леко, докато количеството на хоросана е достатъчно, за да побере всички зърна на инертния материал. Якостта на натиск на бетона няма да се увеличава безкрайно с увеличаване на количеството цимент - само до определена граница. След тази граница увеличението на якостта ще бъде незначително спрямо цената, която ще се увеличи значително с увеличаването на количеството цимент. Оптималното количество цимент за бетон 1 m3 е 300-350 kg.
Таблица 2. Влиянието на количеството пясък в бетона.
3. Количество хоросан в бетон
Якостта на натиск на бетона се определя от якостта на хоросана, както се потвърждава от таблици 1 и 2. Това е валидно само ако здравината на инертния материал е по-голяма от якостта на хоросана и ако количеството на хоросана е достатъчно, за да покрие цялостно едрите зърна на инертния материал.
4. Гранулометричен състав на агрегата
Използването на свързващото вещество ще бъде постигнато в пълна степен, ако гранулометричният състав на инертните материали в бетона отговаря на пропорциите, показани графично на фигура 2. На фигура 2 напълно разширената крива се отнася за речен и натрошен чакъл. Тази крива показва, че 25% от общия инертен материал трябва да премине през сито с отвор #0,2mm; 65% трябва да премине през сито с диаметър #3mm. Горната граница за инертния материал се определя от сито с диаметър #7mm.
Днешните стандарти за определяне на гранулометричния състав на инертните материали са различни. Има четири агрегатни фракции: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm и 16/31,5mm. Агрегираните категории се определят в зависимост от количеството зърна с наднормено и поднормено тегло.
Фиг. 1.
Фиг. 2.
5. Влиянието на количеството вода върху пресен бетон
Якостта на натиск на бетона зависи до голяма степен от количеството добавена вода. Най-малкото количество вода, при което бетонът постига най-висока якост, се получава, когато при уплътняване или вибрация на бетона се появят признаци на ясно забележимо “изпотяване”, т.е. когато при уплътняването се образува тънък слой циментово мляко. При по-нататъшно увеличаване на количеството вода якостта на натиск намалява. В този случай на първо място е водоциментовият фактор - отношението на масата на водата и масата на цимента към 1 m3 на бетона. Оптималният водоциментов фактор за постигане на пълна хидратация е 0,38 - 0,42. На практика това е трудно постижимо и тези стойности се извеждат експериментално, но със сигурност се цели. Ако количеството вода е недостатъчно, циментът няма да може да се хидратира напълно и бетонът няма да достигне проектната якост. Добавянето на вода, когато не е необходимо, също “задушава” бетона, така че да не достигне проектната си якост. След монтирането на бетона е необходимо да се грижите редовно за него през следващите седем дни. Подхранването включва пръскане/поливане на бетонната повърхност, за да се компенсира изпарената вода и за да може циментът да се хидратира, както е планирано.
6. Ефект на температурата
Когато се строят сгради през студения сезон, бетонът трябва да се съхранява, така че да не е изложен на замръзване, преди втвърдяването да е напреднало до степента, в която якостта на натиск е най-малко 10 MPa. Ако тази процедура се извърши без излишни приказки, необходимият ефект може да се постигне преди всичко чрез добавяне на антифриз, ускорител и др. Антифризът предотвратява замръзването на водата в готовия бетон, а ускорителите ускоряват процеса на хидратация, който е изключително бавен през зимата. Може да се използва и алуминатен цимент, който е особено подходящ за работа в мраз, ако става въпрос за по-малки сгради. Ако бетонът във водонаситено състояние е често изложен на многократно замръзване и размразяване (напр. в случай на хидротехнически съоръжения), тогава може да се очаква разрушаване, ако бетонът в началото на замръзване има якост на натиск по-малка от 15 MPa. При високи температури на въздуха и материала бетонът трябва да се поддържа постоянно влажен и хладен. Също така е задължително прясната бетонна маса да се покрие с всякакъв материал, който ще предотврати нагряването на бетонната повърхност. Под въздействието на високи температури (над 50 °C) развитието на якостта на натиск на бетона е непредвидимо, ако грижите не са подходящи.
Безопасност и ефективност: циментовият прах и пресният бетон могат да увредят очите, кожата и дихателните пътища, а смесителите, помпите, вибраторите, кофражите, подпорите и тежките елементи носят допълнителни механични рискове. Добавките не се добавят произволно, нито се използват исторически справки за студено и топло време без одобрена рецепта, технически листове, план за бетониране, защитно оборудване и надзор.
Якост на опън на бетон
Якостта на опън на бетона до голяма степен зависи от размера на напречното сечение на пробните образци. Чрез увеличаване на напречното сечение на пробните образци се получава по-ниска якост на опън. При изпитване на призми със сечение 400 cm2, които са направени от обичайната смес за стоманобетон и след като са старели около три месеца във влажен въздух, са получени якости на опън от около 1,2-2 MPa. Специални смеси за тръби и др. те дават до около 4 MИ дори повече, ако дебелината на тестовите тела съответства на дебелината, използвана в практиката. До 3,6 MPa се получава за пръскан бетон (торкрет бетон, приготвен по начин на строителна площадка). Установено е, че удължението на бетона до разрушаване, измерено в милиметри при 1m, е средно 0,07-0,13 mm/m.
Якостта на опън на бетона е незначителна в сравнение с неговата якост на натиск. В почти всички случаи се използва стоманобетон, който има армировка, предназначена да носи силите на опън в елемента. Смята се, че бетонът не понася нищо на опън, така че проектантите са на страната на безопасността. Якостта на опън на бетона е десет пъти по-ниска от якостта на натиск на бетона.
Якост на опън на бетона при огъване
Якостта на огъване на бетонни греди с правоъгълно сечение е по-голяма от якостта на опън на тела със същите размери. Това се дължи главно на факта, че коефициентът на удължение на бетона нараства по-бързо от натоварването, така че разпределението на напрежението, което се приема от обичайния метод на изчисление, не се реализира. В греда, подложена на огъване, най-голямото напрежение на опън възниква само в граничната равнина на опънатия ремък, а когато товарът е в средата на гредата дори само по външния ръб на една секция.
Величината на якостта на огъване на телата на 28 дни, направени от мек или течен бетон, беше установено, че е 2-6 MPa; греди, направени от уплътнен бетон, проби от пръскан бетон, както и проби от торкрет бетон, стари няколко месеца и съхранявани първо в мокро, а след това в сухо състояние, дадоха резултати за якост на огъване от 3,2 MPa. За плочи, направени от същия материал, които са били държани под вода в продължение на 8 дни, е определена стойността на якост на огъване от 6,3 MPa.
Свиване, подуване и пълзене на бетон
Свиване и подуване. Пукнатини от свиване. Напрежения при свиване. Ако бетонни тела, които са били поддържани във влажно състояние, са изложени на сушене, съхненето ще започне от повърхността и ще продължи към вътрешността. Отвън бетонът може да бъде почти сух на въздух, докато сърцевината му е все още влажна. Сухият слой има тенденция да се свива, влажната сърцевина няма или ще се свие само в малка степен. В резултат на това в такова бетонно тяло се появяват напрежения на опън по външните повърхности и напрежения на натиск в сърцевината.
Ако напреженията на опън надвишават якостта на опън на бетона, ще се появят пукнатини от свиване, които проникват по-дълбоко или по-плитко към сърцевината и се появяват на места с по-ниска якост. С напредването на сушенето ядрото постепенно се свива, напрежението на опън върху външните повърхности намалява.
Фиг. 3.
Фиг. 4.
Степента на свиване на бетона зависи от вида на цимента, количеството цимент, количеството вода по време на подготовката, от гранулометричния състав и еластичността на каменния добавъчен материал, както и от възрастта и особено от начина на поддръжка и климата, и в значителна степен от размерите на бетоновия елемент.
_Надлъжни промени на бетона в колони и греди, изложени на продължително натоварване. Пълзене на бетон. Колоните, които стояха под допустимото натоварване в сухо сутеренно пространство в продължение на три години и бяха направени от бетон с обикновен състав, бяха постоянно съкращавани съгласно фиг. 3 и значително повече от равни, но ненатоварени колони. Тези деформации, които протичат бавно, преодолявайки степента на свиване на ненатоварения бетон, се наричат “пълзене”. Степента на пълзене зависи от състава на бетона, големината и продължителността на натоварването, както и от влажността на бетона. Мокрият бетон пълзи в много по-малка степен от сухия бетон, фиг. 4. Бетонът, който е бил изсушен дълго време без излагане на натоварване, пълзи само леко под натоварване. По време на натоварване на опън, пълзенето възниква в подобна степен, както при натоварване на натиск, фиг. 5.
Пълзенето на бетона, т.е. постоянното поддаване на бетона под натоварване води до увеличаване на дела на армировката при приемане на натоварването в стоманобетона, което в случай на силно армирани колони може да доведе до значително облекчение на самия бетон.
Фиг. 5.
Пукнатини и деформации: показаните тенденции на свиване и пълзене не са достатъчна основа за оценка на пукнатини, деформации, носеща способност или издръжливост на конкретен обект. Необходим е оглед, документация, измервания и изчисления на съществуващия строеж; за ново строителство са от значение проектът, свойствата на материала, условията на околната среда, последователността на строителство и действащите разпоредби.
Устойчивост на приплъзване между армировка и бетон
Арматурните пръти в стоманобетонните конструкции трябва напълно да поемат силите на опън, когато съпротивлението на бетона е превишено по време на опън поради свиване на бетона и влиянието на външни сили. За тази цел е необходимо армировката да може да пренася натоварванията си върху бетона през контактните повърхности с бетона, така че анкерирането на армировката да не се счупи при допустимите натоварвания. Анкерирането се закрепва с куки в края на прътите. Видове арматурни пръти, които съществуват и разделението е направено на базата на напречни ребра, са: B500A (гладък прът), B500B (прът с ребро в една посока) и B500C (шина с ребра в две посоки).
Армировка и защитен слой: историческите маркировки, описанието на ребрата и методът на закотвяне не са основа за избора или детайлизирането на днешната армировка. Типът стомана, диаметърът, връзката, анкерирането, наслагването, разстоянието, защитният слой и монтажът се определят от проекта и се потвърждават от проследима документация и контрол на строителната площадка.
Устойчивост на циментов разтвор и бетон на износване
Хованчета съгласно фиг. 18 също са особено добри в това отношение; що се отнася до гранулометричния състав, като цяло трябва да се следват инструкциите, дадени по-горе относно якостта на натиск. Освен това се препоръчва камък, който показва висока устойчивост на износване и удар. Добавките, които са по-устойчиви от добрия твърд камък, повишават устойчивостта на износване на бетона, ако имат подходящ размер и форма на зърното. Мокрият бетон се износва по-бързо от сухия; влагата подпомага шлайфането.
Устойчивост на бетона на атмосферни влияния
Когато е необходимо да се зададат условия за производство на бетон, устойчив на атмосферни влияния, първо трябва да се изхожда от опита, натрупан върху вече изградени конструкции. При това на първо място трябва да се обърне внимание на следното:
- Как да изберем камък? - Често има трудности при избора на камък от съображения за икономичност, независимо дали е необходимо да се използва камък, който като трошен пясък или трошен камък ще се окаже плосък и по този начин ще причини лошо вграждане на бетона, или това е камък с недостатъчна устойчивост на атмосферни влияния. В тази връзка трябва да се поставят строги изисквания за външен бетон да се използва само камък с добра устойчивост на атмосферни влияния
- Какво количество цимент е необходимо за бетон? - На външните повърхности бетонът трябва да бъде достатъчно водонепропусклив. За целта може да се използва установеното за влиянието на гранулометричния състав на бетона върху водопропускливостта и въз основа на това да се определи необходимото количество цимент. Някои оптимални количества цимент варират между 300-350 kg на m3 бетон, но това може да варира много в зависимост от случая (зависи от много фактори).
- Към каква гранулация и към какви свойства на зърнестия състав на бетона трябва да се стремим? - Зависи от случая - речният инертен материал е по-благоприятен, неравномерен състав; натрошеният инертен материал може да бъде с по-добро качество в някои отношения, но има остри зърна, които могат да бъдат вредни в някои бетонови смеси.
- Каква якост на бетона е необходима? - Този въпрос е много по-труден за отговор от тези, които вече бяха обсъждани. Следователно всички предишни предложения се отнасят до ограничени възможности. За да се реши този проблем, бяха проведени няколко теста, които показаха каква якост трябва да има бетонът, за да остане устойчив на циклично замръзване и размразяване за дълго време. Беше направено заключението, че бетонът, преди да бъде многократно изложен на замръзване и размразяване, трябва да показва якост на натиск от поне 15 MPa. Ако бетонът се обработва отвън, са необходими по-високи якости; в такъв случай се препоръчва да се осигури поне 25 MPa.
- Каква консистенция на бетона е подходяща? - Що се отнася до консистенцията на бетона, в момента има разбиране, че трябва да се внимава с лятия бетон, тъй като с голямото си количество вода той подпомага отделянето, последствията от което се проявяват в това, че върху всеки излят слой се появява повече или по-слабо изразен слой от финозърнест и богат на вода разтвор. Този хоросан има по-малка якост, по-голяма способност да абсорбира вода и т.н.
- До каква степен трябва да се вземе предвид формата на обекта? - Ако например външната повърхност е графирана, тогава върху значителна част от бетона се задържа повече сняг и лед, отколкото когато стената е обработена с гладки повърхности. Накисването може да продължи дълго време и следователно замразяването и размразяването във влажно състояние е по-често. Целта е снегът, ледът и отломките да се задържат върху сградата възможно най-кратко.
В случай, че бетонът се обработва отвън, трябва да се има предвид, че в резултат на това водопропускливостта като правило става по-висока и че големите парчета инертни материали, разположени на повърхността, се раздробяват с инструмента на каменореза. Ако обработеният бетон съдържа армировка, е необходимо специално внимание, за да се запази достатъчно защитният ефект на бетона (защитен слой) за армировката. Проникването на вода в бетона може да бъде предотвратено до известна степен чрез покрития/добавки.
Издръжливостта не се определя от една единствена стойност: излагането на вода, замръзване, соли, износване и химическо действие изисква координиран избор на материали, проектиран защитен слой, контролиран монтаж и грижи, решен дренаж, редовни инспекции и поддръжка. Само едно покритие или добавка не може да компенсира неправилен състав, лош монтаж, пукнатини, недостатъчен защитен слой или нерешено задържане на вода.