Отчет по практике для ПГС. Метрология наука, которая направлена на облегчение единства измерений, изучает приборы и методы измерений, проводит испытание. Физическая величина

• Название: Метрология наука, которая направлена на облегчение единства измерений, изучает приборы и методы измерений, проводит испытание. Физическая величина
• Анкор: Отчет по практике для ПГС
• Дата: 18.07.2022
• Размер: 3.81 Mb.
• Имя файла: EKZAMEN_PO_METODAM.doc
• Тип: Документы; #632456
• страница: 6 из 10

ВОПРОС 8:

В производстве материалов и строительстве применяются методы для испытания бетона на прочность:

• 
  разрушающие;
  
• 
  неразрушающие прямые;
  
• 
  неразрушающие косвенные.
  

Они позволяют с той или иной точностью проводить контроль и оценку фактической прочности бетона в лабораториях, на площадках или в уже построенных сооружениях.

Разрушающие методы Из готовой смонтированной конструкции выпиливают или выбуривают образцы, которые затем разрушают на прессе. После каждого испытания фиксируют значения максимальных сжимающих усилий, выполняют статистическую обработку. Этот метод, хотя и дает объективные сведения, часто не приемлем из-за дороговизны, трудоемкости и причинения локальных дефектов. На производстве исследования проводят на сериях образцов, заготовленных с соблюдением требований ГОСТ 10180-2012 из рабочей бетонной смеси. Кубики или цилиндры выдерживают в условиях, максимально приближенным к заводским, затем испытывают на прессе.

Неразрушающие прямые Неразрушающие методы контроля прочности бетона предполагают испытания материала без повреждений конструкции.

Механическое взаимодействие прибора с поверхностью производится:

• 
  при отрыве;
  
• 
  отрыве со скалыванием;
  
• 
  скалывании ребра.
  

При испытаниях методом отрыва на поверхность монолита приклеивают эпоксидным составом стальной диск. Затем специальным устройством (ПОС-50МГ4, ГПНВ-5, ПИВ и другими) отрывают его вместе с фрагментом конструкции. Полученная величина усилия переводится с помощью формул в искомый показатель. При отрыве со скалыванием прибор крепится не к диску, а в полость бетона. В пробуренные шпуры вкладывают лепестковые анкеры, затем извлекают часть материала, фиксируют разрушающее усилие. Для определения марочной характеристики применяют переводные коэффициенты.

Неразрушающие косвенные методы

Уточнение марки материала неразрушающими косвенными методами проводится без внедрения приборов в тело конструкции, установки анкеров или других трудоемких операций.

Применяют:

• 
  исследование ультразвуком;
  
• 
  метод ударного импульса;
  
• 
  метод упругого отскока;
  
• 
  пластической деформации.
  

При ультразвуковом методе определения прочности бетона сравнивают скорость распространения продольных волн в готовой конструкции и эталонном образце. Прибор УГВ-1 устанавливают на ровную поверхность без повреждений. Прозванивают участки согласно программе испытаний.

Данные обрабатывают, исключая выпадающие значения. Современные приборы оснащены электронными базами, проводящими первичные расчеты. Погрешность при акустических исследованиях при соблюдении требований ГОСТ 17624-2012 не превышает 5%.

При определении марки бетона методом обратного отскока прибор — склерометр — фиксирует величину обратного движения бойка после удара о поверхность конструкции или прижатой к ней металлической пластины. Таким образом устанавливается твердость материала, связанная с прочностью функциональной зависимостью.

Метод пластических деформаций предполагает измерение на бетоне размеров следа после удара металлическим шариком и сравнение его с эталонным отпечатком. Способ разработан давно. Наиболее часто на практике используется молоток Кашкарова, в корпус которого вставляют сменный стальной стержень с известными характеристиками.

ВОПРОС 9-10:

Общие сведения о бетонах

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и твердения правильно подобранной и уплотненной бетонной смеси (вяжущее, вода, заполнитель(мелкий, крупный), спец. добавки).

Подбираются бетонные смеси так, чтобы бетон к концу твердения имел заданную прочность.

Строение бетона представляет собой конгломерат (структура имеет фазы).

10-15% от массы бетона – вяжуще;

90-85% от массы бетона – заполнители и вода.

Для регулирования свойств бетона и бетонной смеси в их состав вводят различные химические добавки, которые ускоряют или замедляют схватывание бетонной смеси, делают ее более пластичной и удобоукладываемой, ускоряют твердение бетона, повышают его прочность и морозостойкость, а также при необходимости изменяют и другие свойства бетона.

Классификация по плотности:

Многие свойства бетона зависят от его плотности, на величину которой влияют плотность цементного камня, вид заполнителя и структура бетонов. По плотности бетоны делят на особо тяжелые с плотностью более2500 кг/м³; тяжелые – 1800 ... 2500; легкие – 500 ... 1800; особо легкие – менее 500 кг/м³.

Классификация бетонов по виду заполнителя:

• 
  На пористых заполнителях (природных или искусственных);
  
• 
  На тяжелых и сверхтяжелых заполнителях, которые получают из твердых горных пород или металлов;
  
• 
  Бетоны из крупного заполнителя («песчаные бетоны» или «пескобетоны»);
  
• 
  Крупнопористые на плотном или пористом крупном заполнителе;
  
• 
  Без мелкого заполнителя;
  
• 
  Дисперсно-армированные спец. видами волокон, которые могут относиться к углеродным материалам, к металлическим волокнам, к минеральным волокнам.
  

Особо тяжелые бетоны приготовляют на тяжелых заполнителях – стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнетитовый бетоны) или барите (баритовый бетон).

В строительстве наиболее широко используют тяжелый бетон с плотностью 2100...2500 кг/м³ на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз и др.). Облегченный бетон с плотностью 1800...2000 кг/м³ получают на щебне из горных пород с плотностью 1600 ... 1900 кг/м³ или без песка (крупнопористый бетон).

Легкие бетоны изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф и др.). Применение легких бетонов уменьшает массу строительных конструкций, удешевляет строительство.

К особо легким бетонам относятся ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием смеси вяжущего, тонкомолотой добавки и воды с помощью специальных способов, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. В ячеистых бетонах заполнителем по существу является воздух, находящийся в искусственно созданных ячейках.

Классификация бетонов по виду вяжущего:

Цементные бетоны приготовляют на различных цементах и наиболее широко применяют в строительстве. Среди них основное место занимают бетоны на портландцементе и его разновидностях (около 65% от общего объема производства), применяемые для различных видов конструкций и условий их эксплуатации, успешно используются бетоны на шлакопортландцементе (около 20 ... 25%) и пуццолановом цементе. К разновидностям цементных бетонов относятся: декоративные бетоны, изготовляемые на белом и цветных цементах, бетоны для самонапряженных конструкций – на напрягающем цементе, бетоны для специальных целей, получаемые на особых видах цемента – глиноземистом, безусадочном и т. д.

Силикатные бетоны готовят на основе извести. Для производства изделий в этом случае применяют автоклавный способ твердения.

Гипсовые бетоны применяют для внутренних перегородок, подвесных потолков и элементов отделки зданий. Разновидностью этих бетонов являются гипсоцементнопуццолановые бетоны, обладающие повышенной водостойкостью и более широкой областью применения (объемные блоки санузлов, конструкции малоэтажных домов и др.).

Шлакощелочные бетоны делают на молотых шлаках, затворенных щелочными растворами. Эти бетоны еще только начинают применяться в строительстве.

Полимербетоны изготовляют на различных видах полимерного связующего, основу которого составляют смолы (полиэфирные, эпоксидные, акриловые, карбамидные и др.) или мономеры (фурфуролацетоновый и др.), отверждаемые в бетоне с помощью специальных добавок. Эти бетоны более пригодны для службы в агрессивных средах и особых условиях воздействия(истирание, кавитация и т. д.).

Полимерцементные бетоны изготовляют на смешанном связующем, состоящем из цемента и полимерного вещества. В качестве полимера используют, например, водорастворимые смолы и латексы.

Свойства бетонов на неорганических вяжущих можно улучшать путем пропитки мономерами с последующим их отверждением в порах и капиллярах бетона. Подобные материалы называют бетонополимерами.

Специальные бетоны готовят с применением особых вяжущих веществ. Для кислотоупорных и жаростойких бетонов применяют жидкое стекло с кремнефтористым натрием, фосфатное, магнезиальное и другие связующие. В качестве специальных вяжущих используют шлаковые, нефелиновые, стеклощелочные и др., полученные из отходов промышленности, что имеет важное значение для экономии цемента и охраны окружающей среды.

Классификация бетонов по структуре:

В зависимости от особенностей структуры различают крупнозернистый бетон слитной структуры, мелкозернистый бетон (без щебня), малощебеночный, в котором уменьшено содержание щебня, крупнопористый или беспесчаный, ячеистый, в структуре которого имеется большое количество воздушных или газовых пузырьков.

Классификация бетонов по технологическим особенностям:

Технология изготовления изделий и конструкций предъявляет к бетонной смеси и бетону свои требования, для обеспечения которых необходимы соответствующий выбор сырья и состава бетона. В зависимости от используемой технологии различают бетоны из жестких бетонных смесей, позволяющие как правило немедленную распалубку изделий, литые бетоны для изготовления изделий и конструкций способом литья в форму, безусадочные, быстротвердеющие, пропаренные, автоклавные бетоны для зимнего бетонирования, твердеющие при отрицательных температурах, и ряд других.

В многокомпонентных бетонах наряду с цементом и заполнителем используют комплексы химических добавок различного назначения, активные минеральные наполнители, расширяющиеся компоненты. Широкая сырьевая база позволяет получать бетоны различной структуры, свойств и назначения. В наибольшей степени возможности многокомпонентных бетонов реализуются в так называемых высококачественных бетонах, приготавливаемых на композиционных вяжущих веществах с использованием низких значений водоцементного отношения, специальных комплексов добавок, особо тонких минеральных наполнителей, расширяющихся компонентов и интенсивной регулируемой технологии. Эти бетоны отличаются высокой прочностью, долговечностью и эксплуатационной надежностью.

Классификация бетонов по области применения:

Бетоны применяют для различных видов конструкций, как изготовляемых на заводах сборного железобетона, так и возводимых непосредственно на месте эксплуатации.

В зависимости от области применения различают:

• 
  обычный бетон для железобетонных конструкций (фундаментов, колонн, балок, перекрытий, мостовых и других типов конструкций);
  
• 
  гидротехнический бетон для плотин, шлюзов, облицовки каналов, водопроводно-канализационных сооружений и т. д.;
  
• 
  бетон для ограждающих конструкций (легкий, ячеистый);
  
• 
  бетоны специального назначения, например, жароупорный, кислотостойкий, химическистойкий, для радиационной защиты, бетон для полов, тротуаров, дорожных и аэродромных покрытий и др.
  

В зависимости от назначения бетоны должны удовлетворять определенным требованиям. Бетоны для обычных железобетонных конструкций должны иметь заданную прочность, главным образом при сжатии. Для конструкций, находящихся на открытом воздухе, важна еще морозостойкость. Бетоны для гидротехнических сооружений должны обладать высокой плотностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, достаточной прочностью, малой усадкой, стойкостью против выщелачивающего действия фильтрующих вод, в ряде случаев стойкостью по отношению к действию минерализованных вод и незначительно выделять теплоту при твердении. Бетоны для стен отапливаемых зданий и легких перекрытий должны обладать необходимой прочностью, теплопроводностью; бетоны для полов – малой истираемостью и достаточной прочностью при изгибе, а бетоны для дорожных и аэродромных покрытий еще и морозостойкостью.

К бетонам специального назначения предъявляются требования, обусловленные особенностью их службы.

Общие требования ко всем бетонам и бетонным смесям следующие: до затвердевания бетонные смеси должны легко перемешиваться, транспортироваться, укладываться (обладать подвижностью и удобоукладываемостью), не расслаиваться; бетоны должны иметь определенную скорость твердения в соответствии с заданными сроками распалубки и ввода конструкции или сооружения в эксплуатацию; по возможности расход цемента и стоимость бетона должны быть минимальными.

Получить бетон, удовлетворяющий всем поставленным требованиям, можно при правильном проектировании состава бетона, надлежащем приготовлении и тщательном перемешивании компонентов, укладке и уплотнении бетонной смеси, а также при правильном выдерживании бетона в начальный период его твердения (уход за твердеющим бетоном).

Замечательное свойство бетона:

Замечательным свойством бетона является то, что со временем (в течение нескольких лет) он продолжает увеличивать свою прочность.

Бетон хорошо работает в сочетании со стальной арматурой. Бетон и сталь имеют равные коэффициенты термической прочности.

Технологии изготовления бетона:

1. 
   Заводские технологии;
   
2. 
   Монолитные технологии;
   
3. 
   Сборные технологии.
   

Способы расчета состава бетона:

1. 
   Прочность бетона обеспечивается путем ориентировочного подбора цемента;
   
2. 
   Расчет состава бетона по формуле прочности.
   

Активность, В/Ц, качество заполнителей связаны с прочностью в проектном возрасте.

2 способ наиболее точен;

3. 
   По СНиПу.
   

Прочность бетона. Методика испытаний бетона под разрушающей нагрузкой

Прочность – способность сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих в результате нагрузки или других факторов.

Бетон относится к материалам, которые хорошо сопротивляются сжатию, значительно хуже – срезу и еще хуже – растяжению. Поэтому строительные конструкции обычно проектируют таким образом, чтобы бетон в них воспринимал сжимающие нагрузки. При необходимости восприятия растягивающих усилий конструкции армируют. Поэтому одной из важнейших характеристик бетона является его прочность при сжатии. Прочность бетона является интегральной характеристикой, которая зависит от свойств компонентов бетона, его состава, условий приготовления, твердения, эксплуатации и испытания.

Представления о структуре и процессе разрушения бетона:

1. 
   Прочность и деформативность бетона определяются главным образом структурой и свойствами цементного камня, который скрепляет зерна заполнителя в монолит. Структура и свойства цементного камня зависят от его минералогического состава, водоцементного отношения, тонкости помола цемента, возраста, условий приготовления и твердения, введенных добавок. В последнее время было показано, что путем применения тех или иных технологических приемов, например активацией цементного теста или введением добавок, можно значительно изменить прочность и деформативность бетона. В отдельных случаях свойства бетона изменялись в 1,5 ... 2 раза. Свойства бетона существенно зависят от вида и качества заполнителя, а также от его состава. Прочности бетонов, приготовленных на цементе одинакового качества, при постоянном водоцементном отношении, но на разных заполнителях, могут отличаться в 1,5... 2 раза.
   
2. 
   Разрушение бетона происходит постепенно. Вначале возникают перенапряжения, а затем микротрещины в отдельных микрообъемах. Развитие этого процесса сопровождается перераспределением напряжений и вовлечением в трещинообразование все большего объема материала, вплоть до образования сплошного разрыва того или иного вида, зависящего от формы образца или конструкций, ее размеров и других факторов. На последней стадии нагружения процесс микроразрушений становится неустойчивым и носит лавинный характер.
   
3. 
   Разрушение бетона при сжатии обусловлено развитием микротрещин отрыва, направленным параллельно действующему усилию. Происходит кажущeеся увеличение объема образца, но в действительности нарушается сплошность материала. Процесс развития микротрещин определяется структурой бетона, в частности
   

размером и числом дефектных мест в ней, а также видом и режимом приложенной нагрузки.

4. 
   Большое влияние на процесс разрушения оказывает жидкая фаза в бетоне. Облегчая развитие пластических деформаций, деформаций ползучести и микротрещин, ослабляя структурные связи в бетоне, вода снижает его прочность. Степень влияния этого фактора зависит от скорости приложения нагрузки.
   

Предел прочности бетона зависит от времени или скорости приложения нагрузки.

Большое значение для прочности бетона имеет сцепление цементного камня с заполнителем, т.е. прочность контактной зоны. Большое влияние на прочность может оказать влажность бетона.

Если имеются отклонения в методике испытаний, то различия в прочности могут быть весьма значительными. Определяемый испытаниями показатель прочности бетона является характеристикой, которая зависит не только от свойств материала, но в некоторой степени от методики испытаний.

На результаты определения прочности бетона влияет много факторов. Условно факторы, связанные с подготовкой и испытанием образцов на прочность бетона при сжатии, можно разделить на три группы: статистические, технологические, методические.

Невозможно получить совершенно одинаковые по структуре образцы бетона. Всегда будет наблюдаться пусть незначительное, но различие в распределении компонентов бетона, в возникающей системе дефектов (пор, микротрещин и т. д.), в колебаниях свойств отдельных зерен составляющих (цемента и заполнителей) и новообразований цементного камня. В результате появляется определенная неоднородность материала, которая сказывается на результатах испытаний.

Факторы, связанные с приготовлением образцов и их качеством, относятся к технологическим. На результаты испытаний будут влиять параллельность граней образца, их ровность н шероховатость, условия изготовления. Так, при изготовлении бетонных образцов из пластичных смесей при больших расходах воды и в ряде других случаев под зернами заполнителя вследствие седиментации возникают ослабленные места, которые имеют горизонтальное направление. При испытании в этом случае заметное влияние на результаты будет оказывать расположение образца между плитами пресса. Наименьшие результаты получаются при сжатии образцов, положенных на бок, т.е. когда ослабленные полости совпадают с направлением усилия сжатия. В этом случае наличие слабых мест заметно уменьшает сопротивление образца действию растягивающих усилий в горизонтальном направлении и способствует разрушению его. Прочность образцов, испытанных в положении на боку, может быть на 10…20% ниже, чем при испытании в том положении, в котором образец формировался. Поэтому при испытаниях обязательно следует учитывать указанные факторы и располагать образцы на прессе в одинаковом положении. Кубы обычно испытывают в положении на боку, чтобы иметь запас прочности.

К методическим факторам относятся различные аспекты методики испытания, каждый из которых оказывает определенное влияние на его результат. Конструкция н особенности пресса, размеры образца, условие взаимодействия образца и пресса, скорость нагружения, влажность бетона - все эти факторы могут оказать существенное влияние на окончательный результат – предел прочности бетона.

При испытании бетонного образца в прессе напряжения возникают не только в образце, но и в плитах пресса. Так как модуль упругости стали намного выше модуля упругости бетона, то даже при одинаковых напряжениях деформации, возникающие в плитах пресса, в том числе поперечные деформации от действия растягивающих напряжений, оказываются меньше, чем деформации бетона. Между плитами пресса и образцом обычно действуют силы трения, в результате чего поверхность бетонного образца, прилегающая к плитам пресса, имеет одинаковые с последними деформации. Эти деформации значительно меньше деформаций в других сечениях. Образец же разрушается тогда, когда деформации достигают предельных значений, при которых возникают сплошные трещины. Действие плит пресса, уменьшая деформации слоев бетона, прилегающих к ним, как бы оказывает на них поддерживающее влияние и предохраняет от разрушения. Это явление принято называть эффектом обоймы. Поэтому кубы бетона обычно характерную форму разрушения, когда наибольшие деформации и разрушения наблюдаются в среднем сечении образца, а образец после испытания как бы представляет две сложенные вершинами усеченные пирамиды.

Однако можно изменить условия взаимодействия пресса и образца и тем самым изменить напряженное состояние, возникающее в образце, и результаты испытания.

Если между плитами пресса и образцом поместить достаточно толстую прокладку, модуль деформации которой меньше модуля деформации бетона, то в ней возникают растягивающие деформации, превышающие деформации бетона, кладки будут способствовать разрыву бетона, и прочность контрольных кубов может оказаться на 35... 50 % меньше, чем при испытаниях по стандартной методике.

Вследствие действия эффекта обоймы значительное влияние на результаты испытаний оказывают размер и форма контрольного образца. Эффект обоймы проявляется только в узком слое бетона, прилегающем к плитам пресса, поэтому чем сильнее раздвинуты плиты пресса, т. е. больше размер образца, тем меньше проявляется эффект обоймы, и при испытании фиксируются меньшие значения прочности образцов, приготовленных из одного и того же бетона и твердевших в совершенно одинаковых условиях. При определении марки бетона используют обычно средние переводные коэффициенты, позволяющие перевести прочность бетона, полученную испытанием кубов разных размеров, на прочность кубов размером 15х15 х 15 см.

При изготовлении образцов разных размеров на прочность оказывают влияние и технологические факторы. В таких образцах возможны различная степень уплотнения структуры, неодинаковые условия твердения, различные напряжения от усадки и действия внешних факторов и т. д. Все это может повлиять на формирование структуры бетона и прочность контрольных образцов.

Определенную роль играет и организация технологического процесса. Как показывает статистическая теория прочности, чем лучше организован процесс и ниже коэффициент вариации прочности бетона, тем в меньшей мере должен проявляться масштабный эффект.

Заметное влияние на результаты испытаний могут оказать конструкция пресса и определяемые ею условия взаимодействия пресса и образца. Обычно этому не придают существенного значения, хотя указанный фактор может сказаться на результатах испытаний.

Методики испытаний оказывают большое влияние на результаты определения прочности бетона. Поэтому для получения достоверных результатов следует организовывать и проводить испытания в точном соответствии с ГОСТами и рекомендациями других нормативных документов.

Зависимость прочности бетона от его состава

Материалы (цемент, песок, гравий) могут по-разному влиять на свойства бетонов, различающихся по составу и структуре. В одних составах наилучшим образом проявляются их положительные свойства, в других - материалы используются нерационально. Неодинаково сказываются на бетонах различных составов и структуры и особенности технологии.

Смесь цемента и заполнителя может связывать и удерживать строго определенное количество воды, находящейся на поверхности частиц твердой фазы, в ее порах и капиллярах. При недостатке воды смесь становится неудобоукладываемой, в бетоне вследствие недоуплотнения и недостатка жидкой фазы увеличивается количество пор и пустот, ухудшается качество сцепления между цементным камнем и заполнителем, понижается прочность бетона. При избытке воды начинается расслаивание бетонной смеси, отделение излишней воды вместе с частью цемента, также приводящее к снижению его прочности. Поэтому только при определенных пределах Ц/В бетонная смесь будет оптимальной по структуре и свойствам, будет наилучшим образом укладываться и уплотняться.

Оптимальные значения Ц/В зависят от соотношения между цементом и заполнителем и их свойств, так как эти факторы определяют водоудерживающую способность бетонной смеси и ее удобоукладываемость. При оптимальных Ц/В бетон имеет наивысшую плотность, достигаемую при данном способе уплотнения бетонной смеси.

На прочность бетона, а также на водопотребность бетонной смеси оказывают заметное влияние колебания соотношения Ц/З при постоянных значениях Ц/В или подвижности бетонной смеси. В зависимости от соотношения Ц/3 бетон может иметь три типа структуры, вследствие этого влияние составляющих на его свойства также будет различным.

Каждая структура имеет свои закономерности, определяющие ее свойства и влияние на них различных факторов. Так, для структуры первого типа, когда зерна заполнителя не соприкасаются друг с другом, решающее значение имеют свойства цемента; в структуре второго и особенно третьего типа, где заполнитель создает жесткий скелет, а его зерна находятся в контакте друг с другом (через тонкую цементную прослойку), на свойства бетона заметное влияние оказывают свойства не только цемента, но и заполнителя. Эти зависимости свойств бетона от структуры и качества материалов следует учитывать при проектировании его состава.

Переход структуры от одного типа к другому совершается постепенно, поэтому границы между типами различных структур условны и, кроме того, могут значительно сдвигаться при изменении свойств цемента и заполнителя, подвижности бетонной смеси, методов формования и других факторов. Наиболее оптимальными по своим свойствам будут составы с таким соотношением Ц/З, при котором цементное тесто полностью заполняет пустоты между зернами заполнителя с небольшой раздвижкой его зерен.

Бетон оптимальных составов обладает наилучшим качеством. При меньшем значении Ц/З водопотребность бетонной смеси изменяется мало, но прочность резко падает вследствие уменьшения плотности бетона из-за недостатка мельчайших частиц твердой фазы. При больших значениях Ц/З прочность бетона повышается, но также резко возрастает водопотребность бетонной смеси вследствие увеличения удельной поверхности твердой фазы.

Отдельные фракции заполнителя по-разному влияют на свойства бетона. Крупный плотный заполнитель заметно влияет на прочность бетона при сжатии и в меньшей мере – на подвижность или водопотребность бетонной смеси. Мелкий заполнитель, наоборот, значительно изменяя водопотребность бетонной смеси, меньше влияет на прочность бетона (в оптимальных составах).

Различное влияние фракций заполнителя на свойства бетона объясняется их ролью в структуре. Крупный заполнитель создает каменный скелет в бетоне, заметно влияет на характер напряженного состояния, на деформации и трещинообразование при нагружении бетона. Мелкий заполнитель, располагаясь между зернами крупного, оказывает меньшее влияние на поведение бетона под нагрузкой и, следовательно, на его прочность.

Влияние крупного заполнителя в бетоне возрастает при уменьшении степени раздвижки его зерен раствором, каким бы путем это ни достигалось: повышением ли жесткости смеси и сокращением расхода цемента или уменьшением крупности песка. В бетоне крупный заполнитель содействует уплотнению прослоек раствора, как бы являясь своеобразным пригрузом, что имеет большое значение при использовании мелких песков. С другой стороны, регулируя влагообмен растворной части, в частности предохраняя ее от излишней потери влаги при выдерживании в неблагоприятных условиях, крупный заполнитель заметно влияет на условия твердения цементного камня. В результате свойства раствора в бетоне отличаются от его свойств в образцах из раствора. Это также в определенной мере объясняет меньшее влияние качества песка на прочность бетона. С другой стороны, водопотребность бетонной смеси сильно зависит от удельной поверхности заполнителей и на эту характеристику мелкий заполнитель, удельная поверхность которого в несколько раз больше, чем крупного, оказывает более заметное влияние.

Микроструктуру бетона можно оценивать по характеру пористости цементного камня и заполнителя, а также пористости, получаемой за счет воздухововлечения при введении химических добавок.

Общей количественной характеристикой строения бетона является критерий концентрация цементного камня. Критерий учитывает изменение структуры во времени. Концентрация цементного камня определяется на основе истинного водоцементного отношения. Тем самым учитывается влияние на структуру и свойства бетона заполнителя (через его водопотребность) и процесса формирования структуры (схватывания цемента). Ведь твердение цемента после его схватывания происходит в рамках первоначально сложившейся структуры и от ее строения и свойств во многом будут зависеть окончательные свойства бетона. Если первоначальная структура слабая, с большим количеством пор и дефектов, то и прочность бетона даже после длительного твердения окажется невысокой, так как новообразований цементного камня не хватит для исправления дефектов первоначальной структуры.

Зависимость прочности бетона от В/Ц

Прочность бетона в определенный срок при твердении в нормальных условиях зависит главным образом от прочности (активности) цемента и водоцементного отношения.

Под водоцементным отношением понимают отношение массы воды к массе цемента в свежеизготовленной бетонной смеси, причем учитывают только свободную, не поглощенную заполнителем воду. Прочность бетона повышается с увеличением прочности цемента или уменьшением водоцементного отношения. Эта зависимость может быть выражена формулой



где Rб - прочность бетона после 28 сут нормального твердения; Rц — активность цемента, А — коэффициент, учитывающий влияние других факторов; В/Ц — водоцементное отношение.

Зависимость прочности бетона от водоцементного отношения вытекает из физической сущности формирования структуры бетона. Как известно, цемент при твердении в зависимости от качества и срока твердения присоединяет всего 15- 25% воды от массы цемента. Вместе с тем для придания бетонной смеси пластичности в бетон добавляют воды значительно больше (40 -70% от массы цемента, В/Ц =0,4 -0,7), так как при В/Ц =0,2 бетонная смесь является почти сухой и ее нельзя качественно перемещать и уложить. Избыточная вода, не вступающая в химические реакции с цементом, остается в бетоне в виде водяных пор и капилляров или испаряется, оставляя воздушные поры. В обоих случаях бетон будет ослаблен наличием пор, и чем больше их, т. е, чем больше B/Ц, тем ниже прочность бетона. Таким образом, закон водоцементного отношения, по существу, выражает зависимость прочности бетона от его плотности или пористости.

Зависимость прочности бетона от его водоцементного отношения выполняется лишь в определенных пределах. При очень низких водоцементных отношениях, даже при повышенных расходах цемента и воды, не удается получить удобообрабатываемые бетонные смеси и необходимую плотность бетона, поэтому зависимость Rб=f(В/Ц) нарушается: с дальнейшим уменьшением В/Ц прочность бетона не увеличивается, а затем даже начинает уменьшаться. Определенную роль в снижении прочности бетона в этом случае играет и тот факт, что для гидратации цемента необходим некоторый избыток воды (в 2-З раза) по сравнению с тем количеством, которое непосредственно вступает во взаимодействие с цементом. Резкое уменьшение этого избытка влечет за собой замедление гидратации и, следовательно, понижение прочности бетона.

Зависимость прочности от водоцементного отношения строго соблюдается лишь при испытании бетона на одинаковых материалах с близкой подвижностью бетонной смеси и при применении одинаковых приемов приготовления и укладки бетона. На прочность бетона, хотя и менее существенное, чем Rц и В/Ц, но заметное влияние оказывают вид цемента, свойства заполнителей, способы приготовления образцов и другие факторы.

Однородность бетона по прочности

Качество бетона нельзя оценить только средней его прочностью. На практике всегда наблюдаются отклонения от этой величины. Колебания активности цемента, его нормальной густоты, минералогического состава, свойств заполнителей, дозировки материалов, режимов перемешивания и твердения — все это приводит к неоднородности структуры бетона. Вследствие этого отдельные объемы бетона могут отличаться друг от друга в большей или меньшей степени, что зависит от свойств используемых материалов и отлаженности технологического процесса. Соответственно будут колебаться и показатели свойств бетона: прочность, плотность, проницаемость, морозостойкость и др. Для оценки однородности бетона используют статистические методы. Качество бетона определяется главным образом его средней прочностью (или соответствующим комплексом показателей) и однородностью, которая оценивается по коэффициенту вариации прочности (или других показателей).

Как указывалось, класс прочности бетона связан с его средней прочностью выражением



При изменении коэффициента вариации определенному классу по прочности будет соответствовать различная средняя прочность. С уменьшением v будет уменьшаться и величина средней прочности.

При контроле качества бетона по прочности с учетом его однородности проводят статистическую обработку результатов испытаний бетона за определенный период и определяют характеристики его прочности и однородности. В проектах указываются значения нормируемой прочности бетона (в проектном и промежуточном возрасте, отпускные и передаточные).

Требуемая прочность представляет собой минимально допустимое значение фактической прочности бетона в партии, при котором будет обеспечена нормируемая прочность с заданной степенью гарантий. Она устанавливается лабораториями заводов и строек в соответствии с достигнутой однородностью бетона в партии.

Фактическая прочность бетона в партии Rm определяется как среднее значение прочности, определенное по результатам испытаний контрольных образцов или неразрушающими методами непосредственно в конструкции.

Одновременно с требуемой прочностью определяют средний уровень прочности Rу (заданную прочность), представляющий собой среднее значение прочности бетона, устанавливаемое лабораториями заводов и строек на определенный контролируемый период в соответствии с достигнутой однородностью бетона по прочности, по которому подбирается состав бетона и которое поддерживается в производстве.

В качестве характеристики однородности бетона используют средний коэффициент вариации прочности v_n по всем партиям за анализируемый период.

Прочность бетона в партии Rm (МПа)



где R_i- единичное значение прочности бетона, МПа; n - общее число единичных значений прочности бетона в партии. За единичное значение принимают среднюю прочность бетона в одной серии образцов или среднюю прочность бетона контролируемого участка конструкции при применении неразрушающих методов контроля.

Продолжительность анализируемого периода для определения характеристик однородности устанавливают от одной недели до двух месяцев. Число единичных значений прочности бетона за этот период должно быть более 30. По результатам испытания вычисляют среднеквадратическое отклонение Sm и коэффициент v_m прочности для всех видов нормируемой прочности бетона. Для сборных конструкций допускается коэффициент v_m для прочности бетона в проектном возрасте не вычислять, a принимать меньше на 15% по сравнению с v_m отпускной прочности.

При числе единичных значений прочности в партии n>6 Sm (MПa) вычисляют по формуле



Если n=2…6, то s_m= w_m /α, где w_m – размах единичных значений прочности в контролируемой партии, Мпа, определяемый как разность между максимальным и минимальным единичными значениями прочности, α– коэффициент, зависящий от n:



При контроле неразрушающими методами s_m вычисляют с учетом отклонений тарировочной зависимости:



где s_т — среднеквадратическое отклонение тарировочной зависимости, определяемое по ГОСТу на неразрушающие методы контроля прочности; n - число единичных значений (проконтролированных конструкций) в партии; р - число контролируемых участков в конструкции.

Коэффициент вариации прочности бетона v_m (%) в партии

v_m = (s_m/R_m)100

Средний коэффициент вариации прочности бетона v_n за анализируемый период



Где v_mi – коэффициент вариации прочности в каждой i-ой из N проконтролированных в течение анализируемого периода партий бетона; n_i–число единичных значений прочности бетона в каждой і из N партий бетона; _{ } должно быть более 30.

Требуемую прочность бетона (отпускную, передаточную, в промежуточном и проектном возрастах) при нормировании прочности по классам вычислят по формуле

R_т=k_тR_н

k_т – коэффициент требуемой прочности, принимаемый по Tабл. 5.5 в зависимости от коэффициента вариации v_n ; R_н - нормируемое значение прочности бетона, МПа (отпускной, передаточной, в промежуточном и проектном возрасте), для бетона данного класса.



В начальный период до накопления необходимого для ведeния статистического контроля числа результатов испытаний требуемая прочность

R_т=1,1R_н/k_б

где к_б — коэффициент, принимаемый для всех бетонов (кроме ячеистого и плотного силикатного) 0,78, для ячеистого- 0,7, для плотного силикатного-0,75.

Требуемая прочность бетона при нормировании прочности по маркам

R_т=R_н k_т’/100

где R_н — нормируемое значение прочности бетона, МПа (отпускной, передаточный, в промежуточном или проектном возрасте), для бетона данной марки; k_т’-коэффициент, принимаемый по табл. 5.6.



В этом случае в начальный период до накопления необходимого для статистического контроля числа результатов испытании Rт определяют по формуле

R_т=1,1R_н

Средний для контролируемого периода уровень прочности Rу (MПа) (отпускной, передаточной, в промежуточном и проектном возрасте)

R_y=R_тk_мп

гдеk_мп — коэффициент, принимаемый в зависимости от v_n



Для тяжелого и легкого бетона k_мп должен приниматься не более 1.1, для плотного силикатного бетона-не более 1,13.

В качестве характеристик однородности бетона по прочности, используемых для определения требуемой прочности бетона или фактического класса бетона, вычисляют коэффициенты вариации прочности бетона:

• 
  средний - для всех партий БСГ и сборных конструкций за анализируемый период - при контроле по схеме А;
  
• 
  скользящий - средний для контролируемой и последних предыдущих партий - при контроле по схеме Б;
  
• 
  текущий - для текущей партии БСГ и конструкций - при контроле по схеме В.
  

Термины и определения, применяемые в нормативной документации по контролю и прочности бетона