Архівний експертний вміст: стаття зберігає історичні твердження, таблиці та діаграми про цементний розчин і бетон, але не є проектом суміші, специфікацією матеріалу, планом бетонування, структурним розрахунком, інструкцією з випробувань або оцінкою існуючого елемента. Склад, властивості, клас впливу, консистенція, спосіб монтажу, догляду, контролю якості та проектні значення повинні визначатися відповідальними фахівцями відповідно до конкретного об’єкта, заявлених матеріалів і чинних стандартів.
Саво Кусич сьогодні зосереджений на дерев’яних вікнах, дерев’яно-алюмінієвих вікнах, вікнах на замовлення, дверях та запитах на пропозиції. Ця стаття залишається історичним архівом і не є пропозицією щодо проектування, виробництва, випробувань або виконання бетонних конструкцій.
Загальні дані
Склад цементного розчину або складу бетону стовпа, залізобетонної міжповерхової конструкції, обробленого бетонного елемента, тротуарної плити, мостової арки або бетонної дороги, як правило, буде вважатися задовільним, якщо даний будівельний елемент виготовлено з найменшою кількістю матеріалів і праці таким чином, щоб він був достатньо міцним і відповідав меті. Те, що слід вважати постійним і придатним для призначення, повинно визначатися в кожному конкретному випадку: тому перед початком будівництва будівлі необхідно визначити, які властивості розчин і бетон повинні мати з точки зору міцності на стиск, міцність на вигин, стійкість до атмосферних впливів, водонепроникність і т. д. Для цього існує багато різних вказівок у будівельних нормах, а також численні обмеження.
Завдання будівельного підрядника полягає в тому, щоб забезпечити відповідність цінностей окремих властивостей необхідним значенням. На властивості бетону можна значно вплинути, якщо використовувати наявні сьогодні знання.
Умови виготовлення бетону з однорідними властивостями
Якщо міцність на стиск будівельного елемента після 28 днів має становити 40 MПа, або якщо для бетону конструкції тротуару вимагається, щоб міцність на згин після 28 днів повинна становити 4,5 MПа, тоді ці граничні значення не повинні бути перевищені в жодному місці; нижнє граничне значення може бути близьким до умовного. Якщо при виконанні об’єкта дотримуються більш вузькі межі, тим краще підрядник виконує своє завдання. Це дуже шкідливо, якщо умовні значення далеко не досягають певних - навіть якщо лише кількох - місць.
Історичні цінності та рецепти: Наведені нижче малюнки, пропорції, маркування, процедури догляду та обмеження перенесено з оригінальної статті, щоб зберегти вміст. Вони не повинні використовуватися як сучасна рецептура, критерії прийнятності або заміна дизайну суміші, лабораторних тестів, декларацій матеріалів, технологічного плану та відповідних нормативних документів.
Міцність на стиск цементного розчину та бетону
Розмір міцності на стиск значною мірою залежить від властивостей цементу, кількості цементу, кількості та складу піску та заповнювачів, кількості води в бетоні під час монтажу, способу монтажу тощо.
Таблиця 1. Вплив кількості заповнювача при однаковій кількості розчину.
1. Цемент
Міцність на стиск цементного розчину та бетону була визначена попередніми спостереженнями та визначена нормативними документами.
2. Кількість цементу
Згідно рис. 1a, міцність на стиск зростає зі збільшенням кількості цементу, якщо частка розчину в бетоні залишається незмінною, тоді як кількість цементу в розчині збільшується, а консистенція бетону залишається постійно незмінною. Якщо кількість будівельного розчину залишається незмінною і збільшується або зменшується лише кількість заповнювача, міцність змінюватиметься лише незначно, доки кількість розчину буде достатньою для вмісту всіх зерен заповнювача. Міцність бетону на стиск зі збільшенням кількості цементу зростати не буде необмежено - тільки до певної межі. Після цієї межі приріст міцності буде незначним по відношенню до ціни, яка значно зросте зі збільшенням кількості цементу. Оптимальна кількість цементу для бетону 1 m3 становить 300-350 kg.
Таблиця 2. Вплив кількості піску в бетоні.
3. Кількість розчину в бетоні
Міцність бетону на стиск визначається міцністю розчину, що підтверджується таблицями 1 і 2. Це справедливо лише в тому випадку, якщо міцність заповнювача перевищує міцність розчину, і якщо кількість розчину достатня для повного покриття грубих зерен заповнювача.
4. Гранулометричний склад заповнювача
Використання в’яжучого буде досягнуто повною мірою, якщо гранулометричний склад заповнювачів у бетоні відповідає пропорціям, зображеним графічно на малюнку 2. На малюнку 2 повністю розширена крива стосується річкового та подрібненого гравію. Ця крива показує, що 25% із загального заповнювача має пройти через сито з отвором #0,2mm; 65% повинен пройти через сито діаметром #3mm. Верхня межа для заповнювача визначається ситом діаметром #7mm.
Сучасні стандарти для визначення гранулометричного складу заповнювачів відрізняються. Є чотири агрегатні фракції: 0/4mm, 4/8 mm, 8/16mm та 16/31,5mm. Категорії агрегатів визначаються в залежності від кількості надлишкових і недоважких зерен.
Рис. 1.
Рис. 2.
5. Вплив кількості води на свіжий бетон
Міцність бетону на стиск значною мірою залежить від кількості доданої води. Найменша кількість води, при якій бетон досягає найвищої міцності, виходить тоді, коли при ущільненні або вібрації бетону з’являються ознаки явно помітного «запотівання», тобто коли при ущільненні утворюється тонкий шар цементного молока. При подальшому збільшенні кількості води міцність на стиск знижується. В даному випадку на першому місці стоїть водоцементний фактор - відношення маси води і маси цементу до 1 m3 бетону. Оптимальним водоцементним фактором для досягнення повної гідратації є 0,38 - 0,42. На практиці цього важко досягти, і ці значення виводяться експериментальним шляхом, але це, безумовно, націлено. При недостатній кількості води цемент не зможе повністю гідратуватися і бетон не досягне проектної міцності. Додавання води, коли вона не потрібна, також «задушує» бетон так, що він не досягає проектної міцності. Після монтажу бетону протягом наступних семи днів за ним необхідно регулярно доглядати. Догляд передбачає обприскування/зволоження бетонної поверхні, щоб компенсувати випаровування води та щоб цемент міг гідратуватися, як планувалося.
6. Вплив температури
При будівництві будівель у холодну пору року бетон слід зберігати так, щоб він не піддавався впливу морозу до того, як твердіння досягне такої міри, щоб міцність на стиск становила щонайменше 10 MПа. Якщо цю процедуру провести без зайвих слів, то необхідного ефекту можна досягти в першу чергу шляхом додавання антифризу, прискорювача і т. д. Антифриз перешкоджає замерзанню води в приготовленому бетоні, а прискорювачі прискорюють процес гідратації, який взимку йде вкрай повільно. Також можна використовувати алюмінатний цемент, який особливо підходить для робіт в мороз, якщо мова йде про невеликі будівлі. Якщо бетон у водонасиченому стані часто піддається багаторазовому заморожуванню і відтаванню (наприклад, у випадку гідротехнічних споруд), то можна очікувати руйнування, якщо бетон на початку заморожування має міцність на стиск менше 15 MПа. У разі високих температур повітря і матеріалу бетон необхідно постійно підтримувати вологим і прохолодним. Також обов’язковим є покриття свіжої бетонної маси будь-яким матеріалом, який буде перешкоджати нагріванню бетонної поверхні. Під впливом високих температур (понад 50 °C) розвиток міцності бетону на стиск є непередбачуваним, якщо догляд не є належним.
Безпека та продуктивність: цементний пил і свіжий бетон можуть пошкодити очі, шкіру та дихальні шляхи, а змішувачі, насоси, вібратори, опалубка, опори та важкі елементи створюють додаткові механічні ризики. Добавки не додаються довільно, а також не використовуються історичні посилання на холодну та теплу погоду без затвердженого рецепту, технічних листів, плану бетонування, захисного обладнання та нагляду.
Міцність бетону на розрив
Міцність бетону на розрив значною мірою залежить від розміру поперечного перерізу зразків для випробувань. За рахунок збільшення поперечного перерізу зразків для випробувань було отримано меншу міцність на розрив. При випробуванні призм секції 400 cm2, які були виготовлені із звичайної суміші для залізобетону та після їх старіння протягом приблизно трьох місяців у вологому повітрі, була отримана межа міцності на розрив приблизно 1,2-2 MПа. Спеціальні суміші для труб тощо вони давали приблизно до 4 MПа і навіть більше, якщо товщина тестових тіл відповідала товщині, яка використовується на практиці. Для напиленого бетону (торкретбетону, приготовленого на будівельному майданчику), було отримано до 3,6 MПа. Відносне подовження бетону до руйнування, виміряне в міліметрах при 1m, було встановлено в середньому 0,07-0,13 mm/м.
Міцність бетону на розтяг незначна порівняно з його міцністю на стиск. Майже у всіх випадках використовується залізобетон, який має арматуру, призначену для сприйняття сил розтягування в елементі. Вважається, що бетон нічого не несе в розтягуванні, тому проектувальники на боці безпеки. Міцність бетону на розрив у десять разів нижча за міцність бетону на стиск.
Міцність бетону при вигині
Міцність на вигин бетонних балок з прямокутним перерізом перевищує міцність на розтяг тіл однакових розмірів. Це в першу чергу пов’язано з тим, що коефіцієнт подовження бетону зростає швидше, ніж навантаження, тому розподіл напружень, який передбачається звичайним методом розрахунку, не реалізується. У балці, що піддається вигину, найбільша напруга розтягування виникає лише в граничній площині натягнутого пояса, а коли навантаження знаходиться в середині балки, навіть лише на зовнішньому краю однієї секції.
Величина міцності на вигин 28 тіл, виготовлених із м’якого або рідкого бетону, склала 2-6 MПа; балки, виготовлені з ущільненого бетону, зразки напиленого бетону, а також зразки торкретбетону, старі протягом кількох місяців і зберігалися спочатку у вологому, а потім у сухому стані, дали результати міцності на вигин 3,2 MПа. Для пластин, виготовлених з того самого матеріалу, які витримували під водою протягом 8 днів, було визначено значення міцності на вигин 6,3 MПа.
Усадка, розбухання та повзучість бетону
Усадка та розбухання. Усадочні тріщини. Напруження усадки. Якщо бетонні тіла, які підтримувалися у вологому стані, піддаються висиханню, висихання почнеться на поверхні та просуватиметься всередину. Зовні бетон може бути майже сухим на повітрі, тоді як його ядро все ще вологе. Сухий шар має тенденцію до усадки, волога серцевина ні, або дасть лише незначну усадку. В результаті в такому бетонному тілі на зовнішніх поверхнях виникають напруги розтягу, а в серцевині - стиснення.
Якщо розтягуючі напруги перевищують міцність бетону на розрив, через усадку з’являться тріщини, які проникають глибше або дрібніше до ядра та з’являються в місцях меншої міцності. У міру сушіння серцевина поступово зменшується, напруга розтягування на зовнішніх поверхнях зменшується.
Рис. 3.
Рис. 4.
Ступінь усадки бетону залежить від типу цементу, кількості цементу, кількості води під час приготування, гранулометричного складу та еластичності кам’яного заповнювача, а також від віку, особливо від способу обслуговування та клімату, а також значною мірою від розмірів бетонного елемента.
Поздовжні зміни бетону в колонах і балках, що піддаються тривалому навантаженню. Повзучість бетону. Стовпи, які три роки простояли під допустимим навантаженням у сухому підвальному приміщенні і були виготовлені з бетону звичайного складу, постійно укорочували згідно рис. 3, і значно більше, ніж рівні, але незавантажені колонки. Ці деформації, що відбуваються повільно, долаючи ступінь усадки ненавантаженого бетону, називають «повзучістю». Ступінь повзучості залежить від складу бетону, величини і тривалості навантаження, а також від вологості бетону. Вологий бетон повзе значно меншою мірою, ніж сухий, рис. 4. Бетон, який тривалий час висушувався без впливу навантаження, під навантаженням лише незначно повзе. Під час навантаження розтягування повзучість відбувається так само, як і під час навантаження стиснення, рис. 5.
Повзучість бетону, тобто постійна податливість бетону під навантаженням, призводить до збільшення частки арматури в сприйнятті навантаження в залізобетоні, що у випадку сильно армованих колон може призвести до значного полегшення самого бетону.
Рис. 5.
Тріщини та деформації: показані тенденції усадки та повзучості не є достатньою основою для оцінки тріщин, прогинів, несучої здатності чи довговічності конкретного об’єкта. Для існуючої конструкції необхідне обстеження, документація, обміри та розрахунки; для нового будівництва актуальними є проект, властивості матеріалу, умови навколишнього середовища, послідовність будівництва та чинні норми.
Опір ковзанню між арматурою та бетоном
Арматурні стержні в залізобетонних конструкціях повинні повністю сприймати зусилля розтягування, коли під час натягу перевищено опір бетону внаслідок усадки бетону та впливу зовнішніх сил. Для цього необхідно, щоб арматура могла передавати свої навантаження на бетон через контактні поверхні з бетоном, щоб кріплення арматури не порушувалося при дозволених навантаженнях. Анкерне кріплення забезпечується гаками на кінцях брусків. Існують типи арматурних стержнів, поділ яких здійснюється на основі поперечних ребер: B500A (гладкий стержень), B500B (стержень з ребрами в одному напрямку) і B500C (стержень з ребрами в двох напрямках). напрямки) напрямок).
Армування та захисний шар: історичні позначки, опис ребер і метод кріплення не є основою для вибору або деталізації сучасної арматури. Тип сталі, діаметр, з’єднання, анкерування, перекриття, відстань, захисний шар і установка визначаються проектом і підтверджуються документацією, що простежується, і перевіркою на будівельному майданчику.
Стійкість цементного розчину та бетону до зносу
Ступки згідно рис. 18 також особливо хороші в цьому відношенні; що стосується гранулометричного складу, то, як правило, слід дотримуватися наведених вище інструкцій щодо міцності на стиск. Крім того, рекомендується камінь, який має високу стійкість до зношування та ударів. Домішки, які є більш стійкими, ніж хороший твердий камінь, підвищують зносостійкість бетону, якщо вони мають відповідний розмір зерна та форму. Мокрий бетон зношується швидше сухого; вологість сприяє шліфуванню.
Стійкість бетону до атмосферних впливів
Коли необхідно створити умови для виробництва атмосферостійкого бетону, слід перш за все виходити з досвіду, отриманого на раніше побудованих спорудах. Перш за все, слід звернути увагу на наступне:
- Як вибрати камінь? - Часто виникають труднощі при виборі каменю з міркувань економії, чи потрібно використовувати камінь, який, як щебінь або щебінь, виявився б плоским і тим самим спричинив погане закріплення бетону, чи це камінь з недостатньою стійкістю до атмосферних впливів. У зв’язку з цим необхідно встановити суворі вимоги, щоб для зовнішнього бетону використовувався тільки камінь з хорошою атмосферостійкістю
- Яка кількість цементу потрібна для бетону? - На зовнішніх поверхнях бетон повинен бути достатньо водонепроникним. Для цього можна використати те, що було визначено про вплив гранулометричного складу бетону на водопроникність і на основі цього визначити необхідну кількість цементу. Деякі оптимальні кількості цементу коливаються між 300-350 kg на м3 бетону, але це може сильно відрізнятися від випадку до випадку (це залежить від багатьох факторів).
- До якого виду грануляції і яких властивостей зернистого складу бетону слід прагнути? - Це залежить від випадку - річковий заповнювач більш сприятливий, нерівномірний склад; подрібнений заповнювач може бути кращої якості в деяких аспектах, але він має гострі зерна, які можуть бути шкідливими в деяких бетонних сумішах.
- Яка міцність бетону потрібна? – На це питання відповісти набагато складніше, ніж на ті, які вже обговорювалися. Тому всі попередні пропозиції стосуються обмежених можливостей. Для вирішення цієї проблеми було проведено кілька випробувань, які показали, яку міцність повинен мати бетон, щоб тривалий час залишатися стійким до циклічного заморожування і відтавання. Було зроблено висновок, що бетон, перед повторним заморожуванням і відтаванням, повинен демонструвати міцність на стиск щонайменше 15 MПа. Якщо бетон обробляється зовні, потрібні більш високі міцності; у такому випадку рекомендується забезпечити щонайменше 25 MПа.
- Яка консистенція бетону підходить? – Щодо консистенції бетону, то наразі існує розуміння, що з литим бетоном потрібно бути обережним, оскільки він, маючи велику кількість води, сприяє виділенню, наслідки чого проявляються в тому, що на кожному залитому шарі з’являється більш-менш виражений шар дрібнозернистого та водонасиченого розчину. Цей розчин має меншу міцність, більшу здатність вбирати воду тощо.
- Якою мірою слід враховувати форму предмета? - Якщо, наприклад, зовнішня поверхня гребінчаста, то на значній частині бетону утримується більше снігу та льоду, ніж при обробці стіни гладкими поверхнями. Замочування може тривати довго, а тому заморожування і розморожування у вологому стані більш поширене. Мета полягає в тому, щоб сніг, лід і сміття залишалися на будівлі якомога довше.
У разі, якщо бетон обробляється зовні, слід мати на увазі, що в результаті водопроникність, як правило, стає вище і що великі шматки заповнювача, що лежать на поверхні, дробляться інструментом каменеріза. Якщо оброблений бетон містить арматуру, потрібна особлива обережність, щоб зберегти захисний ефект бетону (захисного шару) для арматури. Проникнення води в бетон можна певною мірою запобігти за допомогою покриттів/добавок.
Довговічність не визначається єдиною величиною: вплив води, морозу, солей, зношування та хімічної дії вимагає узгодженого вибору матеріалів, розробленого захисного шару, контрольованого монтажу та догляду, вирішеного дренажу, регулярних перевірок та обслуговування. Покриття або добавка сама по собі не може компенсувати неправильний склад, поганий монтаж, тріщини, недостатній захисний шар або невирішене утримання води.