Основные свойства бетона

Свойства бетона определяются не только его составом и качеством исходных материалов, но и технологией изготовления и укладки бетонной смеси в конструкцию, условиями твердения. Все эти факторы учитывают при проектировании состава бетона и производстве конструкций на его основе.

Прочностьбетона определяется в основном двумя факторами:

– прочностью затвердевшего цементного камня;

– прочностью его сцепления с заполнителями.

Прочность бетона зависит от активности цемента, водоцементного отношения, качества заполнителей, возраста бетона, степени уплотнения бетонной смеси и условий твердения.

Чем выше активность (марка) цемента, тем при прочих равных условиях будет выше прочность бетона. Зависимость прочности цементного камня от соотношения цемента и воды в бетонной смеси объясняется следующим образом. Цемент при твердении химически связывает не более 20…25 % воды от своей массы, но чтобы обеспечить необходимую пластичность цементного теста и, соответственно, подвижность бетонной смеси, необходимо брать 40…80 % воды от массы цемента. Вода, кроме того, необходима для смачивания поверхности частиц песка и крупного заполнителя. Естественно, чем больше в бетоне будет свободной, химически не связанной воды, тем больше впоследствии будет пор в цементном камне и, соответственно, ниже станет его прочность.

С другой стороны, если не обеспечить необходимую удобоукладываемость бетонной смеси, то из-за недоуплотнения в структуре бетона появятся крупные пустоты и участки с нарушенной связью «цементный камень – заполнитель», что приведет к резкому снижению прочности бетона. Таким образом, для каждой бетонной смеси существует оптимальное количество воды, которое позволяет получать при данном способе уплотнения бетон с минимальной пористостью и наибольшей прочностью.

Прочность сцепления между цементным камнем и заполнителем определяется в основном качеством поверхности заполнителя. Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхность зерен заполнителя должна быть чистой и шероховатой. Например, бетон на щебне при прочих равных условиях прочнее бетона на гравии.

Тяжелый бетон – основной конструкционный строительный материал, поэтому оценке его прочностных свойств уделяется большое внимание. Прочностные характеристики бетона определяют строго в соответствии с требованиями стандартов.

Как и у всех каменных материалов, прочность бетона при сжатии значительно (в 10…15 раз) выше, чем при растяжении и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность при сжатии. В остальных случаях оговаривают вид прочности.

Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическому значений результатов испытаний образцов данного бетона через 28 сут нормального твердения. Для этого используют образцы-кубы с длиной ребра 150 мм, изготовленные из рабочей бетонной смеси и твердевшие в стандартных условиях.

Этот основной показатель механических свойств бетона положен в основу деления бетона на марки. Под маркой бетона подразумевается округленное значение прочности в кгс/см² (округление идет в нижнюю сторону). Для тяжелых бетонов установлены марки от М100 до М800.

Бетон относительно низких марок (М100…М200) применяют для конструкций и сооружений с невысокими расчетными напряжениями, например, для фундаментов и др. Для обычных железобетонных конструкций в промышленном и гражданском строительстве широко используют бетоны марок М200…М300, для предварительно напряженных конструкций М300…М500, в некоторых специальных конструкциях и инженерных сооружениях – М600…М800 и более.

Качество бетона характеризуют также его классом по прочности. Класс бетона – гарантированная прочность бетона с обеспеченностью 0,95. Это значит, что установленная классом прочность бетона, достигается не менее, чем в 95 случаях из 100. Зависимость между классом бетона по прочности и его средней прочностью имеет вид:

В = R(1 – tυ),

где В – класс бетона по прочности, МПа; R – средняя прочность бетона, МПа; t – коэффициент, характеризующий принятую при проектировании обеспеченность класса бетона (обычно 1,64); υ – коэффициент вариации прочности бетона.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность бетона с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем больше класс бетона при одной и той же средней прочности. Соотношение между классами бетона и его марками (ГОСТ 26633–91) приведено в табл. 2.

Таблица 2