Архивный профессиональный контент: статья сохраняет исторические утверждения, таблицы и диаграммы о цементном растворе и бетоне, но не представляет собой проект смеси, спецификацию материала, план бетонирования, структурный расчет, руководство по испытаниям или оценку существующего элемента. Состав, свойства, класс воздействия, консистенция, способ монтажа, уход, контроль качества и расчетные значения должны определяться ответственными экспертами с учетом конкретного объекта, заявленных материалов и действующих стандартов.
Саво Кусич сегодня сосредоточен на деревянных окнах, дерево-алюминиевых окнах, окнах на заказ, дверях и запросах цен. Данная статья остается историческим архивом и не представляет собой предложение по проектированию, изготовлению, испытаниям или выполнению бетонных конструкций.
Общие данные
Состав цементного раствора или состав бетона столба, железобетонной мезонинной конструкции, обработанного бетонного элемента, тротуарной плиты, арки моста или бетонной дороги, будет считаться удовлетворительным, как правило, если рассматриваемый строительный элемент изготовлен с наименьшими затратами материала и труда таким образом, чтобы он был достаточно прочным и пригоден по назначению. Что следует считать постоянным и пригодным по назначению, необходимо определять в каждом конкретном случае: поэтому перед началом строительства здания необходимо определить, какими свойствами должен обладать раствор и бетон с точки зрения прочности на сжатие, прочности на изгиб, устойчивости к атмосферным воздействиям, водонепроницаемости и т. д. Для этого в строительных нормах имеется множество различных указаний, а также множество числовых ограничений.
Задачей строительного подрядчика является обеспечение соответствия стоимости отдельных объектов недвижимости требуемым значениям. На свойства бетона можно существенно повлиять, если использовать имеющиеся сегодня знания.
Условия изготовления бетона с однородными свойствами
Если прочность на сжатие строительного элемента через 28 дней должна составлять 40 MПа или если для бетона дорожной конструкции требуется, чтобы прочность на изгиб через 28 дней должна была составлять 4,5 MПа, то эти предельные значения не должны превышаться ни в каком месте; нижнее предельное значение может быть близко к условному значению. Если при реализации объекта соблюдаются более узкие рамки, тем лучше подрядчик выполняет свою задачу. Очень вредно, если условные значения далеко не дотягивают до определенных — хотя бы нескольких — мест.
Исторические ценности и рецепты: Приведенные ниже цифры, пропорции, маркировка, процедуры ухода и ограничения были перенесены из оригинальной статьи для сохранения содержания. Их не следует использовать в качестве современной рецептуры, критериев приемки или замены конструкции смеси, лабораторных испытаний, деклараций материалов, технологического плана и применимых норм.
Прочность цементного раствора и бетона на сжатие
Величина прочности на сжатие во многом зависит от свойств цемента, количества цемента, количества и состава песка и заполнителя, количества воды в бетоне при монтаже, способа монтажа и т.д.
Таблица 1. Влияние количества заполнителя на одно и то же количество раствора.
1. Цемент
Прочность цементного раствора и бетона на сжатие была определена на основе предыдущих наблюдений и определяется нормативными актами.
2. Количество цемента
Согласно рис. 1a, прочность на сжатие увеличивается с увеличением количества цемента, если доля раствора в бетоне остается прежней, при этом количество цемента в растворе увеличивается и консистенция бетона сохраняется постоянно неизменной. Если количество раствора остается неизменным, а количество заполнителя увеличивается или уменьшается, прочность изменится лишь незначительно, пока количество раствора будет достаточным, чтобы вместить все зерна заполнителя. Прочность бетона на сжатие не будет увеличиваться бесконечно с увеличением количества цемента – лишь до определенного предела. После этого предела прирост прочности будет незначительным по отношению к цене, которая значительно возрастет с увеличением количества цемента. Оптимальное количество цемента для бетона 1 m3 составляет 300-350 kg.
Таблица 2. Влияние количества песка в бетоне.
3. Количество раствора в бетоне
Прочность бетона на сжатие определяется прочностью раствора, что подтверждается таблицами 1 и 2. Это справедливо только в том случае, если прочность заполнителя превышает прочность раствора и если количество раствора достаточно для полного покрытия крупных зерен заполнителя.
4. Гранулометрический состав заполнителей
Использование вяжущего будет достигнуто в полной мере, если гранулометрический состав заполнителей в бетоне будет соответствовать пропорциям, графически представленным на рисунке 2. На рисунке 2 полностью расширенная кривая относится к речному и щебённому гравию. Эта кривая показывает, что из всего агрегата 25% должен пройти через сито с отверстием #0,2mm; 65% должен пройти через сито диаметром #3mm. Верхний предел заполнителя определяется диаметром сита #7mm.
Сегодняшние стандарты определения гранулометрического состава заполнителей иные. Существует четыре совокупные фракции: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm и 16/31,5mm. Категории агрегатов определяются в зависимости от количества перевеса и недовеса зерна.
Инжир. 1.
Инжир. 2.
5. Влияние количества воды на свежий бетон
Прочность бетона на сжатие во многом зависит от количества добавленной воды. Наименьшее количество воды, при котором бетон достигает наибольшей прочности, получается тогда, когда при уплотнении или вибрации бетона появляются признаки явно заметного «запотевания», т. е. когда при уплотнении образуется тонкий слой цементного молока. При дальнейшем увеличении количества воды прочность на сжатие снижается. В данном случае на первом месте стоит водно-цементный коэффициент – соотношение массы воды и массы цемента к 1 m3 бетона. Оптимальный водно-цементный фактор для достижения полной гидратации составляет 0,38 – 0,42. На практике этого добиться сложно и эти значения выводятся экспериментальным путем, но к этому, безусловно, стремятся. Если количества воды недостаточно, цемент не сможет полностью гидратироваться и бетон не достигнет проектной прочности. Добавление воды без необходимости также «удушает» бетон, так что он не достигает проектной прочности. После укладки бетона за ним необходимо регулярно ухаживать в течение следующих семи дней. Кондиционирование включает в себя опрыскивание/полив бетонной поверхности, чтобы компенсировать испарение воды и обеспечить гидратацию цемента в соответствии с планом.
6. Влияние температуры
При строительстве зданий в холодное время года бетон следует хранить так, чтобы он не подвергался морозу до того, как затвердевание достигнет такой степени, что прочность на сжатие составит не менее10 MХорошо. Если провести эту процедуру без лишних слов, необходимого эффекта можно добиться в первую очередь добавлением антифриза, ускорителя и т. д. Антифриз предотвращает замерзание воды в приготовленном бетоне, а ускорители ускоряют процесс гидратации, который зимой протекает крайне медленно. Можно использовать и алюминатный цемент, который особенно подходит для работ на морозе, если речь идет о небольших постройках. Если бетон в водонасыщенном состоянии часто подвергается многократному замерзанию и оттаиванию (например, в случае гидротехнических сооружений), то разрушения можно ожидать, если бетон в начале замерзания имеет прочность на сжатие менее15 MХорошо. В случае высоких температур воздуха и материала бетон необходимо постоянно поддерживать влажным и прохладным. Также обязательно покрыть свежую бетонную массу любым материалом, который будет препятствовать нагреву бетонной поверхности. Под воздействием высоких температур (более50 °C) развитие прочности бетона на сжатие непредсказуемо при недостаточном уходе.
Безопасность и производительность: цементная пыль и свежий бетон могут повредить глаза, кожу и дыхательные пути, а миксеры, насосы, вибраторы, опалубка, стойки и тяжелые элементы несут дополнительную механическую опасность. Добавки не добавляются произвольно, а исторические данные о холодной и теплой погоде не используются без утвержденного рецепта, технических листов, плана бетонирования, защитного оборудования и надзора.
Прочность бетона на растяжение
Прочность бетона на растяжение во многом зависит от размера поперечного сечения испытуемых образцов. За счет увеличения поперечного сечения испытуемых образцов была получена меньшая прочность на разрыв. При рассмотрении призм сечения400 cm2, которые были изготовлены из обычной смеси для железобетона и после выдержки около трёх месяцев во влажном воздухе получили предел прочности около1,2-2 MХорошо. Специальные смеси для труб и т.п. давали до ок.4 MИ тем более, если толщина испытуемых тел соответствовала толщине, применяемой на практике. Для торкрет-бетона (торкрет-бетона, приготовленного на строительной площадке) до3,6 MХорошо. Удлинение бетона до разрушения измеряется в миллиметрах при1mоказался средним0,07-0,13 mm/м.
Прочность бетона на растяжение ничтожно мала по сравнению с его прочностью на сжатие. Практически во всех случаях применяется железобетон, имеющий армирование, предназначенное для восприятия растягивающих сил в элементе. Считается, что бетон не несет ничего на растяжение, поэтому проектировщики на стороне безопасности. Прочность бетона на растяжение в десять раз ниже прочности бетона на сжатие.
Предел прочности бетона при изгибе
Прочность на изгиб бетонных балок прямоугольного сечения больше, чем прочность на растяжение тел тех же размеров. Это связано прежде всего с тем, что коэффициент удлинения бетона растет быстрее нагрузки, поэтому распределение напряжений, предполагаемое обычным методом расчета, не реализуется. В балке, подвергающейся изгибу, наибольшее растягивающее напряжение возникает только в граничной плоскости натянутого пояса, а при нагрузке в середине балки даже только на внешней кромке одного сечения.
Величина прочности на изгиб тел 28 дневной давности, изготовленных из мягкого или жидкого бетона, составила 2-6 MПа; балки из уплотненного бетона, образцы торкрет-бетона, а также образцы торкрет-бетона, старые в течение нескольких месяцев и хранившиеся сначала во влажном, а затем в сухом состоянии, дали результаты прочности на изгиб 3,2 MПа. Для пластин из того же материала, выдержанных под водой в течение 8 суток, определялось значение прочности на изгиб 6,3 MПа.
Усадка, набухание и ползучесть бетона
Усадка и набухание. Усадочные трещины. Усадочные напряжения. Если бетонные тела, которые находились во влажном состоянии, подвергаются высыханию, высыхание начнется на поверхности и продолжится внутрь. Снаружи бетон может быть почти сухим на воздухе, в то время как его сердцевина все еще влажная. Сухой слой имеет тенденцию к усадке, влажная сердцевина – нет или будет давать усадку лишь в небольшой степени. В результате в таком бетонном теле на внешних поверхностях возникают растягивающие напряжения, а в сердцевине — сжимающие.
Если растягивающие напряжения превысят предел прочности бетона, из-за усадки появятся трещины, которые проникают глубже или мельче по направлению к сердцевине и появляются в местах меньшей прочности. По мере высыхания сердечник постепенно усаживается, растягивающие напряжения на внешних поверхностях уменьшаются.
Рис. 3.
Рис. 4.
Величина усадки бетона зависит от марки цемента, количества цемента, количества воды при приготовлении, от гранулометрического состава и эластичности каменного заполнителя, а также от возраста, и особенно от способа эксплуатации и климата, и в значительной степени от размеров бетонного элемента.
Продольные изменения бетона в колоннах и балках, подвергающихся длительной нагрузке. Ползучесть бетона. Колонны, простоявшие под допустимой нагрузкой в сухом подвальном помещении в течение трех лет и изготовленные из бетона обыкновенного состава, постоянно укорачивались по рис. 3, и значительно больше, чем равные, но незагруженные столбцы. Эти деформации, протекающие медленно, преодолевая степень усадки ненагруженного бетона, называются «ползучестью». Степень ползучести зависит от состава бетона, величины и продолжительности нагрузки, а также от влажности бетона. Мокрый бетон расползается в гораздо меньшей степени, чем сухой, рис. 4. Бетон, высушенный в течение длительного времени без воздействия нагрузки, лишь слегка расползается под нагрузкой. При растягивающем нагружении ползучесть происходит в такой же степени, как и при сжимающем нагружении, рис. 5.
Полузучесть бетона, т.е. постоянная текучесть бетона под нагрузкой приводит к увеличению доли воспринимающей нагрузку арматуры в железобетоне, что в случае сильноармированных колонн может привести к значительному облегчению самого бетона.
Рис. 5.
Трещины и деформации: показанные тенденции усадки и ползучести не являются достаточным основанием для оценки трещин, прогибов, несущей способности или долговечности конкретного объекта. Для существующей конструкции необходимы обследование, документация, измерения и расчеты; для нового строительства имеют значение проект, свойства материала, условия окружающей среды, последовательность строительства и действующие нормы.
Сопротивление скольжению между арматурой и бетоном
Арматура в железобетонных конструкциях должна полностью воспринимать растягивающие усилия при превышении сопротивления бетона при растяжении вследствие усадки бетона и воздействия внешних сил. Для этого необходимо, чтобы арматура могла передавать свои нагрузки бетону через поверхности контакта с бетоном и таким образом, чтобы крепление арматуры не нарушалось при допустимых нагрузках. Крепление фиксируется крючками на концах стержней. Существуют типы арматурных стержней, деление которых производится на основе поперечных ребер: В5.00А (гладкий пруток), В500Б (пруток с ребром в одну сторону) и В500С (планка с ребрами в двух направлениях).
Армирование и защитный слой: историческая маркировка, описание ребер и метода крепления не являются основой для выбора или детализации современной арматуры. Тип стали, диаметр, соединение, крепление, перекрытие, расстояние, защитный слой и монтаж определяются проектом и подтверждаются прослеживаемой документацией и контролем на строительной площадке.
Стойкость цементного раствора и бетона к износу
Минометы по рис. 18 также особенно хороши в этом отношении; Что касается гранулометрического состава, то, как правило, следует следовать приведенным выше инструкциям относительно прочности на сжатие. Кроме того, рекомендуется использовать камень, обладающий высокой устойчивостью к износу и ударам. Добавки, более стойкие, чем хороший твердый камень, повышают износостойкость бетона, если они имеют подходящий размер и форму зерен. Мокрый бетон изнашивается быстрее, чем сухой; влага способствует шлифованию.
Устойчивость бетона к атмосферным воздействиям
При необходимости создания условий для производства атмосферостойкого бетона следует в первую очередь исходить из опыта, полученного на ранее построенных конструкциях. Прежде всего, следует обратить внимание на следующее:
- Как выбрать камень? - Часто возникают трудности при выборе камня из соображений экономии, необходимо ли использовать камень, который, как и щебень или песок, окажется плоским и тем самым вызовет плохую заливку бетона, или же это камень с недостаточной устойчивостью к погодным воздействиям. В связи с этим должны быть установлены строгие требования, чтобы для наружного бетонирования использовался только камень с хорошей атмосферостойкостью.
- Какое количество цемента необходимо для бетона? - На внешних поверхностях бетон должен быть достаточно водонепроницаемым. Для этого можно использовать данные о влиянии гранулометрического состава бетона на водопроницаемость и на основании этого определить необходимое количество цемента. Некоторые оптимальные количества цемента варьируются в пределах 300-350 kg на м3 бетона, но это может сильно варьироваться от случая к случаю (это зависит от многих факторов).
- К какой грануляции и к каким свойствам зернистого состава бетона следует стремиться? - В каждом конкретном случае - более благоприятный речной агрегат, неравномерный состав; измельченный заполнитель может быть более высокого качества в некоторых аспектах, но он имеет острые зерна, которые могут быть вредными для некоторых бетонных смесей.
- Какая прочность бетона необходима? — На этот вопрос ответить гораздо сложнее, чем на те, которые уже обсуждались. Поэтому все предыдущие предложения относятся к ограниченным возможностям. Для решения этой проблемы было проведено несколько испытаний, которые показали, какой прочностью должен обладать бетон, чтобы длительное время оставаться устойчивым к циклическому замерзанию и оттаиванию. Был сделан вывод, что бетон перед повторным воздействием замораживания и оттаивания должен иметь прочность на сжатие не менее 15 MПа. Если бетон обрабатывается снаружи, необходима более высокая прочность; в таком случае рекомендуется указать не менее 25 MPa.
- Какая консистенция бетона подойдет? - Что касается консистенции бетона, то в настоящее время существует понимание, что с литым бетоном следует быть осторожным, так как при большом количестве воды он способствует выделению воды, последствия которого проявляются в том, что на каждом залитом слое появляется более или менее выраженный слой мелкозернистого и водонасыщенного раствора. Этот раствор имеет меньшую прочность, большую способность впитывать воду и т. д.
- В какой степени следует учитывать форму объекта? - Если, например, наружная поверхность выравнивается, то на значительной части бетона задерживается больше снега и льда, чем при обработке стены с гладкими поверхностями. Вымачивание может продолжаться длительное время, поэтому чаще встречается замораживание и оттаивание во влажном состоянии. Цель состоит в том, чтобы как можно меньше снега, льда и мусора попадало на здание.
В случае обработки бетона снаружи следует учитывать, что в результате водопроницаемость, как правило, становится выше и крупные куски заполнителя, лежащие на поверхности, разбиваются инструментом камнереза. Если обработанный бетон содержит арматуру, необходима особая осторожность, чтобы в достаточной степени сохранить защитное действие бетона (защитный слой) для арматуры. Проникновение воды в бетон можно в определенной степени предотвратить с помощью покрытий/добавок.
Долговечность не определяется одной величиной: воздействие воды, мороза, солей, износа и химического воздействия требует согласованного выбора материалов, проектирования защитного слоя, контролируемого монтажа и ухода, обязательного дренажа, регулярных проверок и технического обслуживания. Покрытие или добавка сами по себе не могут компенсировать неправильный состав, некачественный монтаж, трещины, недостаточный защитный слой или нерешенную задержку воды.